Automatización y control

Unidad 3: Controladores Programables para Automatización

Ing. Oscar Alonso Rosete Beas

Semana 11 Octubre Rev:2 ciclo 2020-2

Sesiones Previas

Unidad III. Controladores Programables para Automatización

3.1. Sistemas de control secuencial
3.2. Diagramas de escalera
3.3. Arquitectura de un controlador programable para automatización
3.4. Diseño basado en diagramas de escalera
3.5. Diseño basado en diagramas de estado y sequential function charts
3.6. Diseño basado en bloques y ambientes visuales
3.7. Selección y evaluación de tecnologías
3.8. Integración e implementación

Agenda

Unidad III. Controladores Programables para Automatización

3.1. Sistemas de control secuencial
3.2. Diagramas de escalera
3.3. Arquitectura de un controlador programable para automatización
3.4. Diseño basado en diagramas de escalera
3.5. Diseño basado en diagramas de estado y sequential function charts
3.6. Diseño basado en bloques y ambientes visuales
3.7. Selección y evaluación de tecnologías
3.8. Integración e implementación

Unidad 3

Agenda

Unidad III. Controladores Programables para Automatización

3.1. Sistemas de control secuencial
3.2. Diagramas de escalera
3.3. Arquitectura de un controlador programable para automatización
3.4. Diseño basado en diagramas de escalera
3.5. Diseño basado en diagramas de estado y sequential function charts
3.6. Diseño basado en bloques y ambientes visuales
3.7. Selección y evaluación de tecnologías
3.8. Integración e implementación

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Elementos de Hardware para control secuencial

– Sensores Binarios
• Sensores de Límite
• Sensores de proximidad
• Botones
• Interruptores
– Relevadores
– Temporizadores (timers)
– Contadores
– Solenoides
– Indicadores
– HMI’s

3.1. Sistemas de control secuencial

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Diagramas de escalera

Los diagramas de escalera son los que comunmente se utilizan para los circuitos de control no electrónico, se conocen como diagramas de línea o diagramas elementales.

El termino diagrama de escalera se usa por su apariencia física, se inicia en la parte superior de la escalera y generalmente se trabaja en la dirección hacia abajo. se usan dos tipos de diagramas de escalera en los sistemas de control: el diagrama de escalera de control y el diagrama de escalera de potencia.

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Diagramas de escalera

Se muestran lineas paralelas para el control y lineas paralelas para la salida, cada uno de los switches (desconectadores), accionan la salida y encienden una lámpara piloto.

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Diagramas de escalera control

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Diagramas de escalera potencia

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Referencia simbología

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Ejemplo aplicación

Un elevador emplea una plataforma para mover objetos hacia arriba y hacia abajo.

El objetivo global es que cuando el botón arriba sea oprimido, la plataforma se transporte a la posición arriba, y cuando se oprima el botón de abajo , la plataforma se transporte hacia abajo.

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Ejercicio Tarea

1. Investigar el circuito de arranque, paro e inversión de giro de un motor trifásico y documentarlo en archivo en formato pdf.
2. Replicar con un diagrama de escalera en software EKTS.
3. Subir archivo, junto con video explicativo a actividad en Blackboard

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Agenda

Unidad III. Controladores Programables para Automatización

3.1. Sistemas de control secuencial
3.2. Diagramas de escalera
3.3. Arquitectura de un controlador programable para automatización
3.4. Diseño basado en diagramas de escalera
3.5. Diseño basado en diagramas de estado y sequential function charts
3.6. Diseño basado en bloques y ambientes visuales
3.7. Selección y evaluación de tecnologías
3.8. Integración e implementación

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Sistema control

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Un automatismo es un sistema que realiza una labor de manera automática de acuerdo a los parámetros con los cuales ha sido diseñado.

Los objetivos de un automatismo son mejorar la eficiencia del proceso incrementando la velocidad de ejecución de las tareas, la calidad y la precisión, disminuyendo además los riesgos que se podrían tener si las mismas fuesen manuales.
 

Automatismos Cableados vs Programables

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un sistema compuesto de un tanque que suministra agua al resto de un proceso productivo. La finalidad del automatismo a implementar es mantener el nivel del líquido dentro del tanque entre los niveles L y H.

Sistema de control de nivel de agua

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Para ello se utilizarán dos detectores de nivel y una bomba que impulsa líquido al interior del tanque. Cada detector de nivel dispone de un contacto eléctrico que está normalmente cerrado y se abre en caso de sensar líquido.

Sistema de control de nivel de agua

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Existen diferentes alternativas para obtener un sistema automático que cumpla con lo requerido. Una posibilidad es mediante el uso de relés.

Sistema de control con relevadores

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Si el nivel de líquido se encuentra entre L y H, el interruptor S1 estará abierto y S2 cerrado. Cuando el nivel esté por debajo de L, se cerrará S1 y se activará el contactor K1, accionando la bomba mediante sus contactos de potencia. Esto provocará que ingrese líquido al tanque aumentando el nivel.

Sistema de control con relevadores

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Una vez que el nivel supera L, el interruptor S1 se abrirá pero la bomba se mantendrá en funcionamiento debido a que el contacto auxiliar de retención de K1 mantendrá la bobina energizada. Cuando el nivel esté por encima de H se abrirá el contacto S2 desconectando el contactor K1.

Sistema de control con relevadores

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También, es factible implementar este sistema de control utilizando técnicas digitales. En la figura se muestra un circuito basado en un flip-flop SR (Set-Reset).

Alternativa 2 (flip flops)

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Podemos definir a un PLC (Programmable Logic Controller - Controlador Lógico Programable) como un equipo electrónico, programable por el usuario en lenguaje no informático, y que está destinado a gobernar, dentro de un entorno industrial, máquinas o procesos lógicos y/o secuenciales.

Alternativa 3 (PLC)

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Un PLC consta de un hardware estándar, con capacidad de conexión directa a las señales de campo (niveles de tensión y corriente compatibles con los sensores yactuadores industriales) y programable por el usuario para que desempeñe una determinada función.
 

Una vez programado, el PLC trabaja de forma cíclica. Durante su funcionamiento, primero se leen los estados de las entradas memorizándose en un área de memoria denominada imagen de proceso de las entradas (PAE)

Controlador lógico programable

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Con esta información se ejecuta luego el programa de control y, de acuerdo a su lógica, se va modificando otra área de memoria conocida como imagen de proceso de las salidas (PAA).

En la última etapa del ciclo, los estados memorizados en la PAA se transfieren a las salidas físicas. Seguidamente comienza de nuevo el ciclo. 

Controlador lógico programable

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Para utilizar un PLC como controlador del nivel del tanque será necesario entonces conectar cada detector a una entrada y el contactor K1 que comanda la bomba a una salida. Luego se necesita realizar el programa en una PC para después ser descargado al PLC mediante un cable de comunicación.

Controlador lógico programable

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Este programa consiste en una secuencia en instrucciones que el PLC ejecutará en forma repetitiva dándole una funcionalidad específica. Una vez programado, el PLC almacena este programa y no se requiere la conexión de la PC para su funcionamiento.

La programación de los PLC puede ser realizada en diferentes lenguajes, tales como ladder o KOP, bloques de función o FUP, listado de instrucciones o AWL, texto estructurado, etc.

Controlador lógico programable

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Lenguaje Ladder

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Al programar en ladder o KOP, se emplea un formato de programación gráfico, compuesto por varios segmentos.

En dichos segmentos se pueden encontrar contactos en estado normal abierto y/o cerrado, bobinas y cuadros de funciones especiales. Este lenguaje está basado en un esquema de contactos eléctricos.

Lenguaje Ladder

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Para pasar de un esquema eléctrico a un programa en lenguaje ladder o KOP, en primer lugar se debe girar el esquema eléctrico 90° hacia la izquierda.

De esta manera, la línea de fase L se ubica a la izquierda y el neutro N a la derecha, quedando en el centro los contactos del circuito.

Lenguaje Ladder

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De acuerdo a lo mencionado, la parte del esquema que representa la lógica control (lógica de maniobra) será sustituida por el PLC, pero no es posible reemplazar a los sensores (por ejemplo, interruptores, selectores, sensores, etc.) de entrada, ni a los actuadores (por ejemplo, contactores de motor, válvulas, etc.) de salida.

Lenguaje Ladder

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En la figura se puede observar el programa correspondiente al control de nivel en lenguaje ladder o KOP. En la entrada I0.0 del PLC se conectó el sensor S1, en la entrada I0.1 se conectó el sensor S2 y en la salida Q0.0 se conectó la bobina del contactor K1
 

Lenguaje Ladder

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Listado de asignación de entradas y salidas para el programa

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Si el nivel en el tanque es inferior a L, no circula corriente por S1 ni S2 y, por lo tanto, se activa la salida Q0.0. Durante el ciclo de ejecución siguiente (tras pocos milisegundos) aparecerá cerrado el contacto Q0.0 conectado en paralelo a I0.0. Esto hace que actúe la auto-retención. El contacto normalmente cerrado I0.1 permite, que si se actúa sobre el detector S2 (al detectar nivel superior a H), se anule la auto-retención. El contacto Q0.0 es un contacto lógico interno (no físico) que se cierra cuando se activa la salida Q0.0.

Lenguaje Ladder

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Variante de solución con PLC

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Estas funciones actúan como un flip-flop SR (Set-Reset). Por lo tanto, un impulso en I0.0 permite, gracias a la operación Poner a 1 (S), que se conecte permanentemente Q0.0. En cambio, un impulso en I0.1 hace, a través de la operación Poner a 0 (R), que Q0.0 se vuelva a desconectar.
 

Variante de solución con PLC

Controlador lógico programable

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Controlador lógico programable

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PLC Modulares

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La mayoría de los PLC poseen la característica de ser modulares. Esto significa que el hardware está fragmentado en partes que se pueden interconectar y permiten configurar un sistema a la medida de las necesidades. Los PLC que adoptan la definición de modulares, suelen tener la CPU, la fuente de la alimentación y los módulos de entrada y salida por separado.

Los equipos compactos suelen incluir una CPU, una fuente interna y un mínimo de entradas y salidas, y luego tienen previstas una serie de unidades de expansión que les permiten ampliar considerablemente el número entradas y salidas.

PLC Modulares

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Controlador lógico programable

LogixPro

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Controlador lógico programable

Consideraciones "Door Simulation"

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Controlador lógico programable

Consideraciones "Door Simulation"

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Controlador lógico programable

Consideraciones "Door Simulation"

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Use the XIC instruction in your ladder program to determine if a bit is On.  If the bit addressed is on (1), then the instruction is evaluated as true. 

Use the XIO instruction in your ladder program to determine if a bit is Off. 

If the bit addressed is off (0), then the instruction is evaluated as true.

Controlador lógico programable

Consideraciones "Door Simulation"

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Use the OTE instruction in your ladder program to turn on a bit when rung conditions are evaluated as true.

Controlador lógico programable

• Ver video y replicar con un diagrama de escalera en software LogixPro.
• Subir video explicativo a actividad en Blackboard

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Unidad III. Controladores Programables para Automatización

3.1. Sistemas de control secuencial
3.2. Diagramas de escalera
3.3. Arquitectura de un controlador programable para automatización
3.4. Diseño basado en diagramas de escalera
3.5. Diseño basado en diagramas de estado y sequential function charts
3.6. Diseño basado en bloques y ambientes visuales
3.7. Selección y evaluación de tecnologías
3.8. Integración e implementación

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Sesiones Previas

Unidad 1: Automatización y Control Industrial

1.1. Definiciones y conceptos relacionados a los sistemas de control
1.2. Aplicaciones industriales de los sistemas de control
1.3. Sistemas de control de lazo abierto y Sistemas de Control de Lazo Cerrado
1.4. Modelado de sistemas dinámicos
1.5.Características de la respuesta en el tiempo
1.6. Estabilidad y error en estado estable
1.7. Controladores: Tipos, características y aplicaciones
1.8 Fundamentos de Labview y Matlab

Sesiones Previas

Unidad 1: Automatización y Control Industrial

1.1. Definiciones y conceptos relacionados a los sistemas de control
1.2. Aplicaciones industriales de los sistemas de control
1.3. Sistemas de control de lazo abierto y Sistemas de Control de Lazo Cerrado
1.4. Modelado de sistemas dinámicos
1.5.Características de la respuesta en el tiempo
1.6. Estabilidad y error en estado estable
1.7. Controladores: Tipos, características y aplicaciones
1.8 Fundamentos de Labview y Matlab

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