• Author / Uploaded
• Claudio Nicolas Pizarro Espinoza

• Categories
• Controlador lógico programable
• Microprocesador
• Unidad central de procesamiento
• Software
• Hardware de la computadora

Citation preview

Sistema de Control Distribuido Prof. Luis González B.

Evolución Histórica de los Sistema de Control La evolución de la tecnología informática • 1804 – tarjetas perforadas en telares. • 1906 – desarrollo de la válvula de vació. • 1945 – primer computador digital a válvulas. • 1947 – aparición del transistor. • 1964 – aparición de los primeros CI. • 1972 – aparición del primer microprocesador. • 1993 – aparición del Pentium con mas de 3x10e6 transistores.

Evolución Histórica de los Sistema de Control La evolución del control automático

Evolución Histórica de los Sistema de Control La evolución del control automático

Evolución Histórica de los Sistema de Control La evolución del control automático

Evolución Histórica de los Sistema de Control La evolución del control automático • Instrumentación Electrónica. – Ventajas • Velocidad de transmisión. • Facilidad en los tendidos. • Distancias mayores de transmisión de señales. – Desventajas • Riesgos de explosión en áreas peligrosas. • Necesidad de asegurar el suministro de energía.

Evolución Histórica de los Sistema de Control Introducción de la tecnología digital • Antecedentes – 1970 – Avances de la computación en el mundo administrativo y Científico. – Implementaciones complejas, costosas y poco flexibles con controladores electrónicos. – Reemplazo gradual, problemas de confiabilidad y seguridad. – Comienzo con SPC ( Set Point Control)

Evolución Histórica de los Sistema de Control Introducción de la tecnología digital • Antecedentes – Comienzo con SPC ( Set Point Control) – Desarrollo de llevar todo el procesamiento a la computadora. – Falta de seguridad y continuidad » Computadora Redundante. » Conmutación a Control convencional

Evolución Histórica de los Sistema de Control Introducción de la tecnología digital • Expansión – Aparición del microprocesador. – Desarrollo de los Sistemas de Control Distribuidos (DCS), 1975. • Distribución del procesamiento y riesgo. • Se aplico a industrias de proceso continuo. – Desarrollo de los controladores lógicos programables (PLC). • Se aplico a Industrias manufactureras.

Evolución Histórica de los Sistema de Control Introducción de la tecnología digital • Expansión – Evolución de la programación de los sistemas aplicados al control. • Para los sistemas basados en DCS, se aplicaron “bloques de control”. • Para los sistemas basados en PLC, se aplicaron “diagramas de escalera”.

Evolución Histórica de los Sistema de Control Introducción de la tecnología digital • La Informatización – Mayor capacidad de procesamiento y memoria. – Importantes avances de interconexión de sistemas. – Estándares de comunicación (Sistemas Abiertos) – 1987-Primer sistema industrial abierto Foxboro. – 1990-PLC y DCS incorporan control analógico y secuencial respectivamente.

Orígenes de los Sistema de Control Distribuido Historia de los SCD • Los SCD´ s fueron creados para sustituir a los controladores monolazo y a los ordenadores de proceso que tenían un solo procesador central. • La arquitectura de un SCD está formada por múltiples procesadores, cada uno de los cuales controla una unidad de proceso de una planta, de forma que en caso de fallo solo es esa parte la que queda sin control . •Los SCD´s diseñados inicialmente para el control analógico de procesos, evolucionaron rápidamente hacia sistemas híbridos que manejaban asimismo señales de entrada/ salida digital ( princios de los años 80 )

Orígenes de los Sistema de Control Distribuido Evolución de los SCD

Orígenes de los Sistema de Control Distribuido Misión de los SCD

Orígenes de los Sistema de Control Distribuido Misión de los SCD • Mejorar la seguridad (Mejorar la Respuesta en las Emergencias, Reducir el Factor Humano, Reducir Fallos inesperados del Equipo de Control, Mantener Estable el Control) • Mejorar la Fiabilidad (Mejorar la Gestión de Activos, Dar mas Responsabilidad a los Empleados, Operar Consistentemente, Aumentar la Vida de los Activos) • Mejorar la Eficiencia (Mejorar la Eficiencia en las Operaciones de Planta, Mejorar el Proceso/ Eficiencia Energética, Aumentar la disponibilidad de la instalación productiva, Optimizar la Cadena de Suministro)

Microprocesadores Definición • Es un circuito digital generalmente bastante complejo que realiza procesamiento de datos, las operaciones que se llevan a cabo durante dicho procesamiento son controladas por lo que se denomina un programa, este último, es el que le indica al microprocesador exactamente que es lo que tiene que hacer.

Microprocesadores Definición • Es un circuito digital generalmente bastante complejo que realiza procesamiento de datos, las operaciones que se llevan a cabo durante dicho procesamiento son controladas por lo que se denomina un programa, este último, es el que le indica al microprocesador exactamente que es lo que tiene que hacer.

Microprocesadores Historia • Aparecieron en los años 70 y no han dejado de evolucionar, el primer microprocesador fue el 4004 desarrollado por Intel el cual era muy limitado pues sólo sumaba y restaba datos de 4 Bits (primeras calculadoras electrónicas), después Intel en el año 1971 lanzó el 8008, primer microprocesador de 8 Bits y la revolución de estos dispositivos cada vez fue más rápida.

Microprocesadores

Microprocesadores Arquitectura • Características de un sistema que son visibles por el programador e influyen de manera directa en la forma en la que se ejecuta un programa. Es realizada por las unidades funcionales y las interconexiones. Hoy existen varios tipos de organizaciones de arquitecturas, las más conocidas son: - Harvard - Von Neumann

Microprocesadores Von Neumann • Consiste de 5 componentes básicos: - Unidad de memoria. - Unidad de Entrada. - Unidad de Salida. - Unidad aritmético – lógica. -Unidad de control.

Se fundamenta en: - Concepto de programa almacenado. - Programa y datos en la misma memoria. - Los Programas se manejan como datos ( dando lugar a la aparición de los compiladores y los sistemas operativos).

Microprocesadores Von Neumann

Microprocesadores Von Neumann • Este modelo original ha sido modificado en lo que se llama organización basada en buses, tal y como se muestra a continuación,

Microprocesadores Hardvard •Esta organización es muy parecida a la Von Neumann, con la diferencia que existen buses separados para los diferentes elementos del sistema.

Microprocesadores

Microprocesadores Memorias • ROM ( Read Only Memory ) • RAM ( Random Acces Memory ) • PROM ( Programable ROM ) • EPROM ( Erasable PROM ) • EEPROM ( Electrically EPROM)

Microprocesadores Clasificación • Risc, Conjunto reducido de instrucciones. Son procesadores con instrucciones simples y cortas, dando como resultado una gran velocidad de ejecución. Algunos ejemplos de procesadores de este tipo son el 68000 de Motorola y las cpu's que utilizan los microcontroladores PIC. • Cisc, Conjunto completo de instrucciones. Procesadores complejos internamente, con muchas instrucciones para el programador, haciéndolos muy flexibles al programarlos. Ejemplos de estos son los de la familia Intel.

Microprocesadores Buses del Sistema • En un sistema de procesador aparecen generalmente los siguientes buses: - Bus de datos: Utilizado para que el microprocesador intercambie información con otros elementos del sistema y en algunos casos entre dispositivos. - Bus de direcciones: Usado para indicar cuál es el elemento que con el que se realizará la transferencia de datos. - Bus de control: Indica la dirección, tipo y otras características de la operación de transferencia.

Microprocesadores Ejemplo de Funcionamiento 1. La CPU leerá el dato en la dirección XXXX. 2. El dato se almacenará en el registro A de la CPU. 3. La CPU leerá el dato en la dirección YYYY. 4. El nuevo dato se almacenará en el registro B de la CPU. 5. La ALU efectuará la operación y lo almacenará en uno de los registros de la CPU (Por ej. En el registro A) 6. El registro A es escrito en la dirección ZZZZ.

Controladores Lógicos Programables (PLC) Introducción El Controlador Lógico Programable (PLC) nació como solución al control de circuitos complejos de automatización. Por lo tanto se puede decir que un PLC no es más que un aparato electrónico que sustituye los circuitos auxiliares o de mando de los sistemas automáticos. A él se conectan los captadores (finales de carrera, pulsadores, etc.) por una parte, y los actuadores (bobinas de contactores, lámparas, pequeños receptores, etc.) por otra.

Controladores Lógicos Programables (PLC) Introducción El problema de los relés era que cuando los requerimientos de producción cambiaban también lo hacía el sistema de control. Esto comenzó a resultar bastante caro cuando los cambios fueron frecuentes. Los "nuevos controladores" debían ser fácilmente programables por ingenieros de planta o personal de mantenimiento. El tiempo de vida debía ser largo y los cambios en el programa tenían que realizarse de forma sencilla.

Controladores Lógicos Programables (PLC) Principales Ventajas - Menor tiempo de elaboración de proyectos, debido a que no es necesario dibujar el esquema de contactos. - Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros componentes. - Mínimo espacio de ocupación. - Menor costo de mano de obra de la instalación. - Mantenimiento económico. - Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo PLC - Menor tiempo de puesta en funcionamiento.

Controladores Lógicos Programables (PLC) Campos de Aplicación El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso. Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un proceso de maniobra, control, señalización, etc., por tanto, su aplicación abarca desde procesos de fabricación industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, control de instalaciones, etc.

Controladores Lógicos Programables (PLC) Modo de Funcionamiento Los Controladores Lógicos Programables son máquinas secuénciales que ejecutan correlativamente las instrucciones indicadas en el programa de usuario almacenado en su memoria, generando unas órdenes o señales de mando a partir de las señales de entrada leídas de la planta (aplicación): al detectarse cambios en las señales, el autómata reacciona según el programa hasta obtener las órdenes de salida necesarias.

Controladores Lógicos Programables (PLC) Modo de Funcionamiento Esta secuencia se ejecuta continuamente para conseguir el control actualizado del proceso. La secuencia básica de operación del autómata se puede dividir en tres fases principales: - Lectura de señales desde la interfaz de entradas. - Procesado del programa para obtención de las señales de control. - Escritura de señales en la interfaz de salidas.

Controladores Lógicos Programables (PLC) Proceso Inicial Antes de entrar en el ciclo de operación el autómata realiza una serie de acciones comunes, que tratan fundamentalmente de inicializar los estados del mismo y chequear el hardware. Estas rutinas de chequeo, incluidas en el programa monitor ROM, comprueban: - El bus de conexiones de las unidades de E/S. - El nivel de la batería, si esta existe - La conexión de las memorias internas del sistema - El módulo de memoria exterior conectado, si existe.

Controladores Lógicos Programables (PLC) Ciclo de Operación Transcurrido el Proceso Inicial y si no han aparecido errores el autómata entra en el Ciclo de Operación. Este ciclo puede considerarse dividido en tres bloques: - Proceso Común (se realizan los chequeos cíclicos de conexiones y de memoria de programa) - Ejecución del programa (se consultan los estados de las entradas y de las salidas y se elaboran las órdenes de mando o de salida a partir de ellos - Servicio a periféricos (es únicamente atendido si hay pendiente algún intercambio con el exterior)

Controladores Lógicos Programables (PLC) Tiempo de Ejecución El tiempo total que el Controlador Lógico Programable emplea para realizar un ciclo de operación se llama tiempo de ejecución de ciclo de operación o más sencillamente tiempo de ciclo "Scan time". Este tiempo depende de: - El número de E/S involucradas. - La longitud del programa usuario - El número y tipo de periféricos conectados al autómata.

Controladores Lógicos Programables (PLC) Estructura Externa

Controladores Lógicos Programables (PLC) Estructura Externa La configuración externa de un Controlador Lógico programable industrial se refiere al aspecto físico exterior del mismo, bloques o elementos en que está dividido. Actualmente son tres las estructuras más significativas que existen en el mercado: - Estructura compacta - Estructura semimodular (Estructura Americana) - Estructura modular (Estructura Europea)

Controladores Lógicos Programables (PLC) Unidad de Programación Es el conjunto de medios, hardware y software mediante los cuales el programador introduce y depura sobre las secuencias de instrucciones (en uno u otro lenguaje) que constituyen el programa a ejecutar. Esta puede estar constituida por un teclado pequeño adosable al controlador, donde cada tecla responderá a un elemento del circuito/programa a desarrollar.

Controladores Lógicos Programables (PLC) Fuente de Alimentación - La fuente de alimentación proporciona las tensiones necesarias para el funcionamiento de los distintos circuitos del sistema. - La alimentación a la CPU puede ser de continua a 24 Vcc, tensión muy frecuente, o en alterna a 110/220 Vca. En cualquier caso es la propia CPU la que alimenta las interfaces conectadas a través del bus interno. - La alimentación a los circuitos E/S puede realizarse, según tipos, en alterna a 48/110/220 Vca o en continua a 12/24/48 Vcc.

Controladores Lógicos Programables (PLC) Unidad Central de Proceso La CPU (Central Procesing Unit) es la parte inteligente del sistema. Interpreta las instrucciones del programa de usuario y consulta el estado de las entradas. Dependiendo de dichos estados y del programa, ordena la activación de las salidas deseadas. La CPU está constituida por los siguientes elementos: - Procesador (microprocesador, reloj, chip auxiliar) - Memoria monitor del sistema (memoria tipo ROM, Lectura y escritura en las interfaces de E/S) - Circuitos auxiliares

Controladores Lógicos Programables (PLC) Memorias La memoria es el almacén donde el Controlador Lógico Programable guarda todo cuanto necesita para ejecutar la tarea de control, - Datos Del proceso. - Señales de planta, entradas y salidas. - Variables internas, de bit y de palabra. - Datos alfanuméricos y constantes. - Datos de control - Instrucciones de usuario (programa) - Configuración Controlador Lógico Programable (modo de funcionamiento, número de e/s conectadas, ...) Utilidad Utilizadas (RAM, ROM, EPROM, EEPROM)

Controladores Lógicos Programables (PLC) Entradas - Salidas La sección de entradas mediante el interfaz, adapta y codifica de forma comprensible para la CPU las señales procedentes de los dispositivos de entrada o captadores. Hay dos tipos de entradas: - Entradas digitales - Entradas analógicas La sección de salida mediante interfaz decodifica las señales procedentes de la CPU, y las amplifica y manda con ellas los dispositivos de salida o actuadores. Hay dos tipos de salidas: - Salidas digitales - Salidas analógicas

Controladores Lógicos Programables (PLC) Entradas Discretas Los módulos de entrada digitales trabajan con señales de tensión, por ejemplo cuando por una vía llegan 24 voltios se interpreta como un "1" y cuando llegan cero voltios se interpreta como un "0“. El proceso de adquisición de la señal digital consta de varias etapas, estas son: - Protección contra sobre tensiones - Filtrado - Puesta en forma de la onda - Aislamiento galvánico o por opto acoplador.

Controladores Lógicos Programables (PLC) Salidas Discretas Un módulo de salida digital permite al Controlador Lógico Programable actuar sobre los preaccionadores y accionadores que admitan ordenes de tipo todo o nada. El valor binario de las salidas digitales se convierte en la apertura o cierre de un relee interno del autómata en el caso de módulos de salidas a relee. El proceso de envío de la señal digital consta de varias etapas: - Puesta en forma - Aislamiento - Circuito de mando (relee interno) - Protección electrónica - Tratamiento cortocircuitos

Controladores Lógicos Programables (PLC) Entradas Analógicas Los módulos de entradas analógicas convierten una magnitud analógica en un número que se deposita en una variable interna del Controlador Lógico Programable. Lo que realiza es una conversión A/D, puesto que el autómata solo trabajar con señales digitales. Esta conversión se realiza con una precisión o resolución determinada (número de bits) y cada cierto intervalo de tiempo (periodo muestreo). El proceso de adquisición de la señal analógica consta de varias etapas: - Filtrado - Conversión A/D - Memoria interna

Controladores Lógicos Programables (PLC) Entradas Analógicas (Proceso de lectura)

Controladores Lógicos Programables (PLC) Salidas Analógicas Los módulos de salida analógica permiten que el valor de una variable numérica interna del autómata se convierta en tensión o intensidad. El proceso de envío de la señal analógica consta de varias etapas, estas son: - Aislamiento galvánico - Conversión D/A - Circuitos de amplificación y adaptación - Protección electrónica de la salida

Controladores Lógicos Programables (PLC) Programación Los PLCs admiten varios lenguajes de programación, que podemos clasificar en: Algebraicos - Lenguajes booleanos - Lista de instrucciones - Lenguajes de alto nivel Gráficos - Diagrama de contactos o Ladder - Diagrama de funciones/bloques - Intérprete Grafcet

Controladores Lógicos Programables (PLC) Programación

Ladder

I

2.3 I

4.1

& ≥1 Q 1.6

I

3.2

Diagrama de Funciones

GRAFCET