Sistemas Automáticos Tema 13
Dos grandes tipos de Sistemas Automáticos de control: Sist. Automáticos de control Secuencial Sist. Automáticos de Regulación
Sistemas Automáticos de Control Secuencial Evento Discreto: Ocurrencia de una característica en la evolución de una señal (flanco de subida, paso por un cierto nivel, pulso, llegada de un dato, ). Suele representarse por un valor booleano {0,1} Sistemas de eventos discretos: Sistemas dinámicos que cambian de estado ante la ocurrencia de eventos discretos. Generalmente el estado sólo puede adquirir un conjunto discreto de valores y puede ser representado de forma simbólica en vez de numérica. Sistemas Automáticos de Control Secuencial: Son los sistemas automáticos en los que el proceso a controlar es un sistema de eventos discretos
Sist. de control Secuencial VE Sist. de Regulación VE K + - r(t) q e (t) n( Unidad de Control NS NI h(t) Automatismo función lógica: si NS=1 entonces VE=0 si NI=0 entonces VE = 1 Captadores Sensores de nivel NS, NI Actuadores Válvula todo-nada VE Automatismo q e (t) = K [r(t)-n(t)] Captador Flotador Actuadores Válvula proporcional VE Referencia Se da una señal de referencia de forma explícita q s (t)
Ejemplo de Sistema Automático de control Secuencial MS FCS MBR MBL PARTE OPERATIVA FCB1 FCB2 PARTE DE MANDO FCS MS FCI 1 V2 FCD Pieza FCB1 FCB2 FCI FCD AUTOMA- TISMO MBR MBL V1 V2
Tecnologías para la Automatización Tecnología Cableada Implementación física de la lógica de la Unidad de Control. Familias tecnológicas: Mecánicos Neumáticos Hidráulicos Eléctricos Electrónicos, etc. Ventajas: Simplicidad Adecuadas para problemas sencillos Ejemplos: Control de nivel de líquido por flotador Regulador de Watt Cuadros de mando por contactores Inconvenientes: Ocupa mucho espacio Poca flexibilidad Mantenimiento costoso No adaptados a funciones de control complejas
Tecnologías para la Automatización Tecnología Programada Utilización de dispositivos capaces de ejecutar algoritmos, dotados de entradas y salidas analógicas y/o digitales Familias tecnológicas: Microprocesadores (ordenadores de proceso) Microcontroladores Autómatas Programables (PLC s) DSP s Inconvenientes: Complicados y caros para aplicaciones simples Ejemplos: Automatización industrial con PLC s Accionamientos de Control Vectorial basados en DSP s Ventajas: Flexibilidad Ocupan poco espacio Coste compensa para aplicaciones de complicación media/alta Mantenimiento sencillo
Esquema general de un Sistema Automatizado Supervisión Control Parte operativa (proceso)
Esquema general de un Sistema Automatizado Supervisión Control Parte operativa Panel de mando PC+SCADA Lógica cableada PLC s PC+Tarjeta E/S Microcontroladores Reg. Digitales Etc... Planta - Sensores - Actuadores
Sistema Automático: Concepto de Lazo o Bucle Parte Operativa Accionadores Preaccionadores Órdenes o Acciones de Control Parte de Mando Máquina o Proceso Valor añadido Captadores Información sobre el proceso Unidad de Control Consignas Información elaborada sobre el funcionamiento del S.A. Nivel de SUPERVISIÓN ó Dialogo Hombre-Máquina
Esquema típico de una Automatización Industrial Nivel de Supervisión: - Comp. de proceso - Monitorización - Interfase hombre-maquina Bus de campo Periferia distribuida válvula Bus de campo Periferia distribuida sensores nivel Proceso continuo Regulador Industrial PID (Ej: DR-20) Control de Procesos Discretos Control de Procesos Continuos interfase sensor de temperatura proce so DA AD micro controlador Alg. Control Periferia distribuida preaccionador resistencia
Autómatas Programables Un autómata programable (AP) es un sistema electrónico programable diseñado para ser utilizado en un entorno industrial, que utiliza una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones orientadas al usuario, para implantar unas soluciones específicas tales como funciones lógicas, secuencia, temporización, recuento y funciones aritméticas con el fin de controlar mediante entradas y salidas, digitales y analógicas diversos tipos de máquinas o procesos. (Según IEC 61131)
Autómatas Programables (II) TSX-Micro
Universidad de Oviedo Gama de autómatas TSX (Schneider) y Siemens jas e l mp Aplicaciones Co TSX Premium S7-300 S7-200 TSX Micro les p Sim Nº E/S TSX Nano 46 2005 S7-400 300 Sistemas Automáticos 2000 14
Sustitución de armarios de relés
Estructura
Arquitectura
Memoria Acceso a la imagen de e/s Imagen de entradas Interfaz de entradas Memoria de programa CPU Memoria de datos Imagen de salidas Interfaz de salidas Sensores Actuadores
Ciclo de funcionamiento Proceso inicial Proceso común Ejecución del programa y e/s de datos Servicio a periféricos externos Tensión Comprobación del sistema físico (hardware) Borrado de variables internas, temporizadores y contadores Puesta a cero del perro guardián Comprobación de conexiones y memoria
Ciclo de funcionamiento (II) Ejecución del programa y entrada/salida de datos Comprobación correcta? SI Lectura de la interfaz de entrada Escritura de la interfaz de salida NO Indicador de error Ejecución del programa de usuario
Interfaces de E/S Establecen la comunicación entre CPU y proceso: Filtran, adaptan y codifican las señales de entrada Decodifican y amplifican las señales de salida. Entradas habituales: CC a 24 ó 48 V CC. AC a 110 ó 220 V AC. Analógicas de 0-10 V o 4-20 ma. Salidas típicas: Por relé Estáticas por triac a 220 V (max.) Colector abierto a 24 ó 48 V CC. Analógicas de 0-10 V o 4-20 ma.
Arquitectura del sistema Control centralizado: unidad de control compacta (todas las E/S a una única CPU, monoproceso) Control distribuido: Unidad de control modular (varios procesadores con sus E/S conectados a una unidad central, multiproceso) Posibles configuraciones (distribuido): multiprocesadores centrales procesador central + procesadores periféricos procesadores en red
Configuración del sistema de E/S Centralizadas Autómatas compactos, µautómatas (+módulos) Autómatas modulares (+módulos y +bastidores) Distribuidas Locales (50-100 m). Bastidor de expansión Remotas (>100 m). Bus de campo Pueden disminuir los costes de instalación Aumenta la seguridad de la transmisión
Pirámide de Automatización Ethernet TCP/IP PROFIBUS-DP PLC Accionamientos inteligentes Dispositivo de campo inteligente
SCADA SCADA : Supervisory Control And Data Acquisition. Aplicación software especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores de control de producción, con acceso a la planta por comunicación digital con los controladores e interfaz gráfico de alto nivel con el usuario
Metodologías de diseño de sistemas secuenciales El enfrentamiento a sistemas de automatización cada vez más complejos exige la adopción de una metodología. Las que más éxito han tenido son: GRAFCET (Gráfico de mando estapa transición) IEC-60848 GEMMA (Guía de estudio de los modos de marcha y parada)
Estándar IEC 61131 Especifica las funciones que ha de tener un autómata programable, y estandariza el modelo de software y los lenguajes de programación para estos equipos Partes de la norma IEC61131 Parte 1: Información general Parte 2: Especificaciones y ensayos de los equipos Parte 3: Lenguajes de programación Parte 4: Guías de usuario Parte 5: Comunicaciones
Bibliografía Siemens, Manual del S7-300 Ballcells, J. Autómatas Programables, Marcombo, 1997 Cap. 4. Arquitectura interna del autómata Cap. 5. Ciclo de funcionamiento del autómata y control en tiempo real Cap. 6. Configuración del autómata PLCopen, traducido por Felipe Mateos, IEC 61131. Un recurso de programación estándar