ud 1.2 logica cableada y programable
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CURSO: AUTOMATISMO CON CONTROL PROGRAMABLE
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UD1.2. Distintas tecnologías de automatización: Lógica cableada. (Maniobras básicas con Relés), Lógica programable (Autómatas)
Objetivos
• Distinguir entre lógica cableada y lógica programada.
• Reconocer las partes principales de un autómata.
• Diferenciar entre los distintos tipos de sistemas
programables.
Índice de contenidos:
1. GENERALIDADES SOBRE LAS TECNOLOGÍAS DE
AUTOMATIZACIÓN.
1.1 Sistemas cableados.
1.2 Sistemas programados.
2. EL AUTÓMATA PROGRAMABLE
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1. GENERALIDADES SOBRE LAS TECNOLOGÍAS DE
AUTOMATIZACIÓN.
Uno de los éxitos de los autómatas programables es que se basan en equipos de
relés o incluso equipos que han sido construidos a base de circuitos integrados,
ya que dan la posibilidad de realizar funciones muy diversas con un mismo
equipo, y cambiando únicamente un programa.
Con lo que se acaba de ver se pueden clasificar los sistemas de control en dos
grandes grupos:
1.1 Sistemas cableados
Realizan un sistema de control fijo, dependen mucho
de los componentes que lo forman y de la forma en la
cual han sido interconectados, con lo cual, la única
forma de alterar la función de control es modificando
sus componentes o la forma de interconectarlo. Es
decir son poco adaptables.
Este sistema de control también la denominamos
como Lógica cableada.
Lógica cableada: el programa de mando queda
determinado a través de la unión entre los
diferentes elementos, tales como bobinas de
accionamiento, contactos de interruptores, etc. La
modificación del programa supone una
transformación del cableado.
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1.2 Sistemas programables:
Estos sistemas pueden realizar distintas funciones
de control sin alterar su configuración física, sino
que sólo se debe cambiar el programa de control.
Lógica programada: el programa de mando y el
cableado son independientes. Los contactos de
los captadores y las bobinas de accionamiento se
conectan a las entradas-salidas del autómata. El
programa de mando, se escribe en la memoria
del autómata, quedando fijada la secuencia en
que deben ser consultados los contactos, la forma
en que deben realizarse las combinaciones (AND
u OR) y la asignación de los resultados a las
salidas, es decir, el accionamiento de las bobinas.
Una de las ventajas entre sistema cableado y sistema programado es que:
• En el caso de ser necesario realizar una variación del programa, no hay
que modificar el cableado del autómata, sino solamente el contenido
del programa.
La definición de programable se debe matizar más, ya que:
Cualquier equipo que se base en microprocesadores es en principio
programable, pero para poder realizar esta acción se necesita personal
altamente especializado y equipos que nos ayuden al desarrollo de alta
complejidad.
Podemos decir que el atributo “programable”:
Cara el Fabricante Cara el usuario Final
Se beneficia ya que se supone que con
un hardware estándar puede variar
dentro de ciertos límites la función del
mismo.
El autómata programable es de
“programa fijo” o “adaptado a
medida”
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En el autómata, el atributo de “programables”, se debe interpretar como
“programable por el usuario”, con lo que el usuario obtiene los beneficios de un
equipo con un mismo hardware y con muchas funciones.
Lógicamente, la base continua siendo un equipo que está formado por un
microprocesador, al cual se le ha tenido que incorporar un programa
“intérprete”, el cual debe ser capaz de alterar la función de transferencia
salida/entrada en razón de un programa de usuario. Se podría afirmar que
esta es la característica más relevante que distingue al autómata programable
de otros dispositivos o sistemas programables.
A continuación se representan unas tablas con las principales características,
ventajas e inconvenientes de los autómatas programables frente a los sistemas
cableados, y frente a los equipos de programa fijo o “lógica a medida”.
En esta primera tabla, se realizará la comparación entre un sistema
cableado y un sistema programable:
Comparación entre un sistema cableado y un sistema programable:
Características Sistema Cableado
Autómata programable
Flexibilidad de adaptación al proceso. Baja Alta
Hardware estándar para distintas aplicaciones.
No Si
Posibilidades de ampliación. Bajas Altas
Interconexiones y cableado exterior Mucho Poco
Tiempo de desarrollo del proyecto. Largo Corto
Posibilidad de modificación. Difícil Fácil
Mantenimiento. Difícil Fácil
Herramientas para pruebas No Si
Stocks de mantenimiento. Medios Bajos
Modificaciones sin parar el proceso (“on-line”)
No Sí
Costes para pequeñas series. Alto Bajo
Estructuración en bloques independientes. Difícil Fácil
Fuente: Buccela, J. M. Apuntes de Tecnología del Control, Universidad Nacional de Cuyo. Escuela de Comercio “Martín Zapata”. Mendoza 2002.
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En esta otra tabla, se recoge la comparación entre sistemas lógicos a
medida y sistemas programables por el usuario:
Comparación entre sistemas lógicos a medida y sistemas programables por el usuario:
Característica Sistema de relés
Lógica a Medida
Autómata Programable
Volumen Alto Bajo Bajo
Consumo Alto Bajo Bajo
Velocidad Bajo Alta Media
Interconexión de varios Procesos Difícil Difícil Fácil
Desgaste Alto Bajo Bajo
Robustez Alta Baja Baja
Ampliación Difícil Muy difícil Fácil
Flexibilidad Poca Nula Alta
Coste por variable interna Alto Medio Bajo
Coste para E/S >15:
Pequeñas series
Grandes Series
Alto
Alto
Medio
Bajo
Bajo
Medio
Personal de mantenimiento especializado
Pocos Muchos Medio
Stocks de mantenimiento Bajos Altos Medios
Lógica combinacional Sí Sí Sí
Lógica secuencial Limitada Sí Sí
Instrucciones aritméticas No Sí Sí
Reguladores No Sí Sí
Textos No Sí Sí
Gráficos No Sí Sí
Comunicaciones No Sí Sí
Toma de decisiones Bajo nivel
Sí Sí
Funci
ones
Software estándar No No Sí
Fuente: Buccela, J. M. 2002.
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2. EL AUTÓMATA PROGRAMABLE
A lo largo de esta unidad didáctica se han estado clasificando los sistemas de
control, según diferentes criterios, a la vez que se iban situando los
autómatas programables dentro de estas clasificaciones. Así que ya se está en
condiciones para dar una descripción de que se entiende por autómata
programable:
Desde el punto de vista de su papel dentro de un sistema de control1:
• El autómata programable es la unidad de control incluyendo total
o parcialmente las interfaces con las señales de acceso.
• También se debe tener en cuenta que: se trata de un sistema con un
hardware estándar, con la capacidad de conexión directa a las señales
de campo, y programable por el usuario.
Se debe comenzar por distinguir una serie de conceptos, que a partir de esta
unidad se van a escuchar muy a menudo.
Como EJEMPLO serían: el conjunto de señales de consigna y de
realimentación que entran en el autómata, se les denomina genéricamente:
entradas y al conjunto de señales de control obtenidas: salidas, pudiendo
ser ambas digitales o analógicas.
El concepto que se ha estado introduciendo de hardware estándar, se debe
complementar con el de modularidad.
Es por ello, que en el mercado se pueden encontrar: autómatas compactos
que incluyen una unidad de control, con un número mínimo de entrada o
salida, teniendo luego previstas una serie de unidades de expansión que
permiten llegar hasta 128 o 256 entradas/salidas.
1 Buccela, J. M. 2002.
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Por EJEMPLO:
Módulo contador Modulo de la leva del controlador
Cuando se necesita realizar operaciones complejas, se dispone de
autómatas montados en un rack con posibilidad de hasta 2000
entradas/salidas controladas por una única unidad central.
Se tiene la posibilidad de elegir, en autómatas grandes, entre varios tipos
de CPU, los cuales están adaptados a las tareas que se les va a encomendar,
o incluso de múltiples CPU trabajando en paralelo en tareas distintas.
En la siguiente imagen, se puede observar un autómata programable con sus
elementos más importantes, en los que ya se ira profundizando durante el
transcurso del curso:
1) Ajuste de la tensión.
2) Selector de modo
3) Perfil soporte
4) Unidad de programación con software STEP 7
5) Cable PG
6) Cable de conexión.
7) Brida para alivio de tracción.
8) Fuente de alimentación ON/OFF
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La posibilidad de elección, tanto en capacidad de procesos como en
número de entradas/salidas, permite afirmar que se dispone siempre
de un hardware estándar adaptado a cualquier necesidad.
Esta adaptabilidad, ha progresado hacia un nuevo concepto de inteligencia
distribuida, esto es gracias a la comunicación que se puede realizar entre
autómatas, y a las redes de comunicación autómatas-ordenador. Con este
tipo de distribución, se consiguen controlar varios autómatas
Esquema de una instalación de autómatas controlados por un
ordenador:
A continuación se recoge una tabla que resume, a grandes rasgos, las
características de los autómatas programables actuales desde el
punto de vista de modularidad:
Características de los autómatas programables actuales desde el punto de vista de modularidad:
Modulares Autómatas Compactos
CPU Única Varias CPU
Numero de CPU 1 Central 1 Central 1 Central +x dedicadas
Nº de Entradas/ salidas
8 a 256 128 a 1024 >1024
Juego Instrucciones < 100 < 100 >100
Pasos de Programa < 2000 < 2000 2000 a 40000
Unidades de Expansión
Digitales + Analógicas
Digitales + Analógicas
Digitales + Analógicas + reguladores
Función en Red Esclavo Esclavo Maestro o Esclavo Buccela, J. M. 2002.
Profibus-DP
PLC S7-300 Esclavo PLC S7-300 Esclavo
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Lógicamente existen diferencias entre un sistema con inteligencia distribuida y
un único autómata, las diferencias se exponen en la siguiente tabla:
Diferencias entre un sistema con inteligencia distribuida y un único autómata:
Características Autómata único
Inteligencia distribuida
Capacidad de procesamiento Buena Optima
Estructuración en bloques Buena Optima
Facilidad de Mantenimiento Buena Optima
Almacenajes de Mantenimiento Altos Menores
Disponibilidad del sistema frente a averías locales
Baja Alta
Cableado Grande Reducido
Modularidad Poca Mucha
Coste de instalación Optimo Bueno
Posibilidad de modificación y ampliación Buenas Optimas
Acceso a recursos compartidos Rápido Más lento
Rapidez de procesamiento Buena Optima Buccela, J. M. 2002.
Gracias a las mejoras en los campos de: la Electrónica, la Informática y las
Comunicaciones, el desarrollo y la sofisticación de los sistemas automáticos
de control, van soportando profundos cambios en la concepción y diseño
de los procesos y en sus métodos de control.
Los sistemas de control, por tanto, se pueden dividir en dos:
• Lógica cableada.
• Lógica programada.
Aunque en la actualidad lo que se busca es la sustitución de la lógica cableada
por la lógica programada.
Se dispone de una amplia variedad de autómatas, ya que al ser sistema
modular, se pueden añadir módulos de entradas (ya sean entradas digitales o
analógicas), y módulos de salida (ya sean salidas digitales o analógicas)
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A la hora de realizar una programación: se debe tener en cuenta una
serie de requisitos, que serán dados por el cliente, ya que la programación
que se realiza en este tipo de equipos, es una programación de usuario. Es
decir, se tendrá un equipo que puede realizar distintas aplicaciones
dependiendo del objetivo final del cliente.
Gracias a los avances tecnológicos, las automatizaciones ya no son con un
solo autómata, sino que pueden tener varios, comunicados entre sí, y además
comunicados con un PC, siendo este formato el que se conoce como
Inteligencia distribuida.