introducción a los sistemas de automatización industrial

8/8/2019 Introduccin a los Sistemas de Automatizacin Industrial

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Automatizacin Industrial

Introduccin a los Sistemas deAutomatizacin Industrial

TEMA - Introduccin a los Sistemas de Automatizacin Industrial

1. - Los Automatismos - Bloques de un Sistema de Automatizacin

2. - Objetivos de la Automatizacin

3. - Funciones de los Automatismos

4. - Tecnologas de los Automatismos

4.1 Transicin de Lgica Cableada a Lgica Programada5. - Introduccin a los Autmatas Programables Industriales

5.1 Historia de los APIs

5.2 Evolucin de la Automatizacin con API s5.3. - Componentes de un Sistema de Automatizacin Industrial

5.4 - Lenguaje de Programacin de Autmatas

5.5 - Gamas de Productos

6. Introduccin a la norma IEC 1131-3

ndice


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Automatizacin de un Proceso

OPERADOR

PROCESO

Acciones DatosConsignas

- Pulsadores- Interruptores- Codificadores- Potenciometros

Informacin

- Lmparas- Visualizadores- Contajes- Alarmas

Accionadores

ORGANO DE CONTROL

Captadores

Objetivos de la Automatizacin

Producir una calidad constante Proveer cantidades necesarias en el momento preciso Incrementar la productividad y flexibilidad de la herramienta

Objetivos de la Automatizacin


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Funciones de los Automatismos I

Vigilancia Gua Operador Mando

Grados de Automatizacin

Adquisicin Tratamiento Accin EstructuraVigilancia Bucle abiertoGua operador Bucle abiertoMando Bucle cerrado

Funciones de los Automatismos II

Nivel 1 - Elemental - Nivel de Mquina Nivel 2 - Mquinas simples Nivel 3 - Proceso Nivel 4 - Nivel de Gestin Integrada

Niveles de Automatizacin


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Tecnologas de los Automatismos I

FluidicaNeumtica

Reles

Sistemasa Proposito SistemasModulares

ElectronicaEstatica

Electrica

TecnicasCableadas

PC Industrial AutomataProgramable

ControlNumrico

Controlde Robot

Bus deControl

TecnicasProgramadas

Problema deAutomatizacion

Soluciones a los Problemas de Automatizacin

Tecnologas de los Automatismos II

Espacio que ocupan Falta de flexibilidad Dificultad de dominar problemas complejos Coste de reutilizacin de los componentes

Complejidad de bsqueda de averas y reparacin Rentabilidad financiera limitada

Tcnicas Cableadas- Limitaciones


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Tecnologas de los Automatismos III

herramientas informticas

Tcnicas Programadas

Informtica Industrial : disciplina que conjuga las teoras de la automtica y los mediosde la informtica con el fin de resolver problemas de naturaleza industrial.

Automata Programable Industrial : mquina electrnica programable por un personalno informtico y destinada a pilotar o gobernar procedimientos lgicossecuenciales en ambiente industrial y en tiempo real.

Tipos de Lgicas

Reproducibilidad de las situacionesy(t) = f(x;t)

Lgica Combinatoria

Gobierno en funcin de situaciones anterioresu(t+ t) = f(x,u;t)

y(t) = g(x,u;t) Lgica Secuencial Asncrona: propagacin atemporal Lgica Secuencial Sncrona: propagacin periodica

Lgica Secuencial


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Tratamientos Paralelos y Secuenciales

Todas las seales concernidas en un instante dado son tenidas en cuenta simultneamente por el rgano tratamiento

Tratamiento Paralelo

Todas las seales concernidas en un instante dado son tratadas sucesivamente, en un orden previamente definido

Tratamiento Secuencial

Circuito(1,1)

(1,2)

(1,p)

...

(2,1)

(2,2)

(2,r)

...

(q,1)

(q,2)

(q,s)

...

y1

y2

ym

u1u2

uk uk+1

un

. . .

. . .

. . .

. . .

Capa 1 Capa 2 Capa q

Sentido de

propagacin

Y1

Y2

Y3

E n

t r a

d a s

S a

l i d a s

INSTRUCCIONES(Memoria Programa)

PROCESADOR

Progr. Interpretador de Instrucciones

X1

X2

X3

X4Y4

S o l u c i

n P r o g r a m a d a

T r a

t a m

i e n

t o S e c u e n c i a l

Transicin Procesador Programable

S o l u c i

n C a b

l e a d a

T

r a t a m

i e n

t o P a r a l e l o

X1

X2

X3

X4

Y1

Y2

Y3

Y4


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L+

L-

K2 K3 V1H1K1

K1S2

S1 K2

L+

L-

V1H1K1

S2S1

CPU

Tarjetas de Salida

Tarjetas de Entrada

Memoriade Programa

Aparato deProgramacin

Tcnica Cableada Tcnica Programada

Transicin Tcnica Cableada/Tcnica Programada

Transicin Lgica Programada

Tarjetas de Entrada/Salida: interface entre los dispositivos de E/S (sensores yactuadores) y el rgano de mando.

Unidad de Proceso: Sustituye los diferentes elementos de mando, por un sistema basado en un procesador.

Programa de Mando: Secuencia de instrucciones que ejecuta la unidad de proceso parael control del sistema.

Elementos del rgano de Mando


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Tipos de Dispositivos en el Control Industrial

Controlador deLgica Programable

(PLC)

Control Numrico (NC)

Dispositivo de carcter genrico Amplia utilizacin en sectores muy diversos Arquitecturas hardware propietarias

Lenguaje de programacin estndar No dispone, en general, de interfaz hacia el operador

Autmatas Programables

Dispositivo de aplicacin en el sector de la M. H. Arquitecturas hardware propietarias Lenguaje de programacin (bastante) estandarizado Dispone, en general, de un interfaz para el operador Las prestaciones de este interfaz son muy diversas

Cierta tendencia a incluir PCs para las comunicaciones yla supervisin

Controles Numricos


Dispositivo de carcter especfico para un tipo de robot Utilizacin del robot en sectores diversos de la industria Arquitecturas hardware propietarias Diversas formas de programacin de los dispositivos Dispone de interfaz de programacin para el operador Tendencia a incluir PCs para comunicaciones y

programacin

Controladores de Robot

Dispositivo de carcter genrico Arquitecturas hardware:

Bus VME (Motorola). Simicro (Siemens)Arquitectura PC (ISA, PCI, PCI-104,.....

Lenguajes de programacin de alto nivel (C, C++, ...) Dispone de interfaz para el operador Mejores prestaciones. Mayor complejidad de

programacin

Controles Numricos

Control deRobot (RC)

Buses deControl


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Dispositivo muy dependientes del fabricante Utilizacin en sectores de la industria del proceso

continuo

Arquitecturas hardware propietarias En general, son sistemas poco distribuidos Programacin dependiente del fabricante Dispone de interfaz para operador Tendencia a utilizar hardware de PLCs Tendencia a ser ms distribuidos

Sistemas de Control Distribuido

Dispositivo muy dependientes del fabricante Utilizacin en sectores de la industria muy automatizados Sistemas de control (PLC s o Buses de control)

Tendencia a incrementar la sensorizacin e inteligencia Utilizacin de buses en el control del sistema Dispone de interfaz simples operador

Vehculos Autnomos Filoguiados (AGV)

Sistemas deControl

Distribuido (DCS)

Vehculos deTransporte

Autnomos (AGV)

Precedentes : controladores programados por conexiones, ordenadores de proceso

Pliego de condiciones : medio industrial perturbado, variedad y nmero de E/S,simplicidad de manejo y bajo coste

Autmata Programable : controladores electrnicos cuyas funciones se almacenancomo programas en un aparato de control

Historia : aparicin, empresas origen, realizaciones en Europa

Introduccin de los APIs


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Perturbaciones Elctricas

Polucin Qumica Ambiente Fsico y Mecnico

Limitaciones del Ambiente Industrial

vibracioneschoqueshumedad

temperatura

gases corrosivosvapores de hidrocarburos

polvos metlicos polvos industriales

f.e.m. termoelctricas potenciales voltaicos de unin

parsitos electrostticosinterferencias electromagnticas

Automatizacin con PLCs (I)

Disminucin del cableado de E/S manejadas en paralelo Agrupacin de E/S en grupos funcionales Descentralizacin de E/S y proceso Mejora de comunicaciones

Fallo limitado al dispositivo

Tendencias en la Evolucin


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Automatizacin con PLCs (II)

Hace 20 aos Hace 10 aos

Automatizacin con PLCs (III)

Situacin Actual


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Sistema de Comunicaciones de Siemens

CNCPC/VME

VME/PCPLC DCS

Controlador de rea

Ethernet/TCP/IP MAP/MMS Ethernet

PROFIBUS-FMS

PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA

NivelPlantaTiempo de

Ciclo de Bus< 1000 ms

NivelClulaTiempo de

Ciclo de Bus< 100 ms

NivelCampoTiempo de

Ciclo de Bus< 10 ms

Internet

Ethernet

ControlNet ControlNet

DeviceNet DeviceNet

RIO

DH+

Sistema de Comunicaciones de Rockwell


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Cambio de Paradigma en el Control Distribuido

Adquisicin I/O basada en scan

Comunicaciones intensivas

Mltiples caminos de datos

El fallo permanece al nivel del PLC I/O ms cercanas al dispositivo decampo

I/O Descentralizadas y Proceso1990s

Flex I/O

Drive

PBPanel

Adquisicin de datos basada eneventosEvent-Cambio de estado o Peer-Peer)

Menos comunicaciones intensivas

Caminos de datos dedicados

Fallo limitado al dispositivo

Control Distribuido2000

Multi-disciplinedController

Drive w/PIDAxisController

PB Panel

Prox

Flex I/O

O.I.

PackagedController

Lgica solo en el controlador

Adquisicin I/O basada en scan

Comunicaciones intensivas

Unico camino de datos

Un punto de fallo

Control Centralizado1980s

Proceso Proceso

Monitorizacin Supervisin

SupervisinConjunto de acciones desempeadas con el propsito de asegurar el correcto funcionamientodel proceso incluso en situaciones anmalas

Supervisin y Monitorizacin

MonitorizacinSistema de vigilancia y asistencia al operario en el que se cumplen solo algunas de las etapasde supervisin.

Objetivo Final

Facilitar la tarea del operario encargado de la vigilancia del proceso


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Supervisin y Monitorizacin Evolucin (I)

InicialmenteMediante sinpticos del proceso realizados en marquetera:

- La visualizacin: Lmparas, displays,(mucha imaginacin)- Accionamiento: Interruptores, pulsadores, conmutadores, etc.

Dcada de los 80 Mediante tarjetas inteligentes ubicadas en el bus de los PLCs

- Podan controlar de forma autnoma un monitor y un teclado- Intercambiaban datos con la CPU del PLC por el bus del PLC.- Ofrecan herramientas sencillas de configuracin y programacin.- Las prestaciones muy variadas (pantallas alfanumricas, grficas, etc.)

Supervisin y Monitorizacin Evolucin (II)

Actualmente Interfaces HMI A) Interfaces de Operador (OP s)

- De fcil programacin.- Robustos- Funciones de comunicacin con el dispositivo de control

B) Mediante Ordenadores y SCADAS - PC industrial o de sobremesa.- SCADA: Aplicacin software diseada para funcionar en ordenadores

de control de produccin, proporcionando comunicacin con losdispositivos de control supervisando el proceso desde la pantalla del ordenador

- Ofrece herramientas sencillas de configuracin para la aplicacin- Las prestaciones muy variadas (nmero de variables, plataforma, S.O....)- Comunicacin a travs de una amplia gama de buses y redes


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Componentes de un Sistema de Automatizacin

MandoRegulacin

AvisoAcoplamiento

Esquema de FuncionesEsquema de ContactosLista de Instrucciones

Grfico Secuencial

ProgramacinPrueba

Documentacin

Sistema de Automatizacin

AutmatasProgramables

Aparatos deProgramacin

Lenguaje deProgramacin

Tarea Planteada

Documentacin

Traduccin

Retraduccin

Mando

Regulacin

Aviso

Acoplamiento

Lenguajede

Programacin

Usuario Aparato de

Programacin Autmata

Programable

Lenguaje de Programacin


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Mercado Internacional del PLC

Siemens 26 %Schneider-Autom. 18 %Allen-Bradley 17 %GE Fanuc 8 %

Mitsubishi 11 %Otros 20 %

Islas de automatizacin dependientes del fabricante

Situacin Actual del Mercado del PLC

MITSUBISHIMITSUBISHISIEMENSSIEMENSALLEN-BRADLEY........

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Gamas de Productos Simatic S5

S5-90U S5-95U S5-100U S5-115U S5-135U S5-155UAlternativaeconmica yde pocaembergadura

Miniautmata rpido envolumenreducido

Miniautmata con modularidad integral; puede aumentarse en funcin de lasnecesidades del sistema

Sistema de automatizacin para gama media que permiteadaptacin gradual segn las necesidades

Capacidad multiproceso Grancapacidad dememoria

para multip.CPU 100 CPU 102 CPU 103 CPU 941 CPU 942 CPU 943 CPU 944 CPU 922 CPU 928 CPU 928B C. 946/947

MemoriaPrincipal

4KbRAM/EPROM/EEPROM

16Kb (2x8)RAM/EPROM/EEPROM

2KbRAM/EPROM/EEPROM

4KbRAM/EPROM/EEPROM

20KbRAM/EPROM/EEPROM





64 Kb R/EP22 Kb RAM

64 Kb R/EP46 Kb RAM

64 Kb R/EP46 Kb RAM

896Kb R/EP

T Proceso 2ms 2ms 70ms 7ms 0,8ms 1,6ms 1,6ms 0,8ms 0,8ms 20ms 1,1ms 0,6ms 1,4msMarcas 1024 2048 1024 1024 2048 2048 2048 2048 2048 2048 2048 2048/8192 2048/32768Temp/Cont 32/32 128/128 16/16 32/32 128/128 128/128 128/128 128/128 128/128 128/128 256/256 256/256 256/256F. Aritm. +,- +,-,x,: +,- +,-,x,: +,-,x,: +,-,x,: +,-,x,: +,-,x,: +,-,x,: +,-,x,: +,-,x,: +,-,x,: +,-,x,:E/S Digitales 10/6 (48) 16/16 (256) 128 128 256 256 4096 4096 4096 518152 518152 518152 518152E/S Analg (8) 8/1 (16) 8 16 32 256 256 256 256 32130 32130 32130 32130Redes Loc. L1 L1,L2 L1 L1 L1,L2,H1 L1,L2,H1 L1,L2,H1 L1,L2,H1 L1,L2,H1 L1,L2,H1 L1,L2,H1 L1,L2,H1

Gamas de Productos Simatic S5


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Gamas de Productos Simatic S7-300

CPU 312 IFM6 kbyte

CPU 31312 kbyte

CPU 31424 kbyte

CPU 314 IFM32 kbyte

CPU 31548 kbyte

CPU 315-2 DP64 kbyte




Instrucciones /DatosMemoria de trabajo

Direcc. libre

ED / SD

EA / SATiempo elaboracin/1 K inst. binarias

Marcas

Contadores

Temporizadores

CPU 314

8 K / -24 Kbyte

no

1024

2560,3 ms

2048

64

128

CPU 313

4 K / -12 Kbyte

no

256

640,6 ms

2048

64

128

CPU 315(CPU 315-2DP)

16 (21) K / -48 (64) Kbyte

si

1024

2560,3 ms

2048

64

128

(InterfasePROFIBUS-DPmaestro/esclavopara 64

estaciones DP)

CPU 316-2DP

42 K / -128 Kbyte

si

1024

2560,3 ms

2048

64

128

( InterfasePROFIBUS-DPmaestro/esclavopara 64

estaciones DP)

CPU 318-2

84 K / 256 Kbyte512 Kbyte

si

1024

2560,1 ms

8192

512

512

( InterfasePROFIBUS-DP(M/S)

125 estacionesDP;MPI utiliz.comoDP (12 MBaud))


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CPU 416-2 DP1,6 Mbyte

CPU 416-3 DP3,2MbyteCPU 414-2 DP

256 Kbyte

CPU 414-3 DP768 Kbyte

CPU 412-196 KbyteCPU 412-2144 Kbyte

CPU 417-44 Mbyte

CPU 414-H768 Kbyte

CPU 417-H4 Mbyte


Cdigo/Datos

InstruccionesED / SD

EA / SA

Tiemp. ejec. Inst.

Marcas

Temp./contador.

Interfases decomunicacin

CPU

414-2 414-3

128/128KB 384/384KB

42 K 128 K16/16K 32/32K1/1K 2/2K

a partir de 0,1s8K

256 / 256MPI/DP

PROFIBUS-DPIFM-SS

CPU

416-2 416-3

0,8/0,8MB 1,6/1,6MB

265 K 530 K32/32K 64/64K

4/4Ka partir de 0,08s

16K512 / 512MPI/DP

PROFIBUS-DPIFM-SS

CPU

412-1 412-2

48/48KB 72/72KB

16 K 24 K8/8 K

512/ 512a partir de 0,2s

4K256 / 256MPI/DP

PROFIBUS-DP

CPU 417-4

2/2MB *)660 K

128/128K

8/8Ka partir de 0,1s

16K512 / 512MPI/DP

PROFIBUS-DP2IFM-SS

CPU


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