12 Proceso Automat - Todo un mundo de ausencia de Calor..

Capítulo 12

Control de proceso automatizadomediante autómata programable

1. Conexión con el proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2. Control en lazo abierto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3. Control en lazo cerrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4. Tipos de procesos iniciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5. Proceso continuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 6. Proceso discreto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 7. Proceso discontinuo por lotes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 8. Controladores secuenciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 9. Controladores asíncronos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 810. Controlador síncrono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 911. Tipos de sistemas automáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1012. Memorias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Curso virtual: Electricidad industrial

Módulo 2. Tema 12 Control de proceso automatizado mediante autómata Página 1 de 13

Capítulo 12

Control de proceso automatizadomediante autómata programable

1. CONEXIÓN CON EL PROCESO

La transformación de unas materias primas en un producto acabado se lleva a cabomediante un proceso de fabricación (En adelante proceso). Todo proceso lleva unsistema de control, que actúa según las condiciones que los sensores indican (quepueden ser muy variadas, como posición temperatura, cantidad, etc.). El proceso seinicia con una orden del operario y puede acabar de forma autónoma o por nuevaorden del operario, algunos procesos se programan para que se detengan en esperade que el operario vuelva a dar la orden de continuación, pero lo normal es que seanlos sensores los encargados de ordenar la reanudación del proceso.

Cada actuación del proceso se ejecuta con los Actuadores, que suelen estar movidospor motores eléctricos, electroimanes, mecanismos mecánicos hidráulicos etc.

Todo proceso requiere un control de actuación para que se inicie, se realice y seconcluya.

Hay dos formas básicas de realizar el control sobre un proceso industrial automatizado

Control en lazo abierto

Control en lazo cerrado



2. CONTROL EN LAZO ABIERTO

El control en lazo abierto, se caracteriza porque la información o variables quecontrolan el proceso circulan en una sola dirección, desde el sistema de control alproceso (figura 1).

En este tipo de sistema el control no recibe la confirmación de que las acciones quese realizan a través de los actuadores se han ejecutado correctamente.

Figura 1 CONTROL DE LAZO ABIERTO



3. CONTROL EN LAZO CERRADO

Se denomina lazo cerrado, el control en el que existe una realimentación, a través delos sensores, desde el proceso hacia el sistema de control que permite a esteconocer si las acciones ordenadas a los actuadores se han realizadocorrectamente sobre le proceso (figura 2)

Figura 2 CONTROL DE LAZO CERRADO



4. TIPOS DE PROCESOS INDUSTRIALES

En función de la evolución con el tiempo, los procesos industriales se pueden clasificaren:

Procesos continuos

Proceso por lotes o discontinuos

Procesos discretos

5. PROCESO CONTINUO

Un proceso continuo se caracteriza porque las materias primas estánconstantemente entrando por un extremo del sistema, al mismo tiempo que en elotro extremo se obtiene de forma continua el producto elaborado.

Un ejemplo típico de proceso continuo puede ser un sistema de calefacción paramantener una temperatura constante en una determinada instalación industrial (figura3). La materia prima es el aire frío y la salida el aire templado, conforme el aire de vacalentando la entrada y la salida se va modificando hasta que llega a una estabilización,a partir de este momento, el consumo de gas decae hasta un mínimo, que dependeráde las pérdidas de calor.

Figura 3 PROCESO CONTINUO (CONTROL DE TEMPERATURA DE UN LOCAL CERRADO)



El sistema de control consta de un comparador que proporciona una señal de error iguala la diferencia entre la temperatura deseada y la temperatura que realmente existe; laseñal de error se aplica al regulador que adaptará y amplificará la señal que ha decontrolar la electroválvula que permite el paso de gas hacia el quemador de la caldera.

A la vista de la instalación se destacan dos características propias de los sistemascontinuos

El proceso se realiza durante un tiempo relativamente largo, requiere un períodode arranque y cuando se detiene su parada no es instantánea, sino que requiereun tiempo de parada total.

Las variables empleadas en el proceso y sistema de control son de tipoanalógico; dentro de unos límites determinados las variables pueden tomarinfinitos valores.

6. PROCESOS DISCRETOS

La materia prima sobre la que actúa el proceso es habitualmente un elemento discretoque se trabaja de forma individual, el producto de salida se obtiene a través de unaserie de operaciones, muchas de ellas con gran similitud entre sí.

Figura 4 PROCESO DISCRETO (FABRICAR UNA PIEZA CON DOS TALADROS)



Un ejemplo de proceso discreto es la fabricación de una pieza metálica rectangular condos taladros (figura 4). El proceso para obtener la pieza terminada puededescomponerse en una serie de estados que han de realizarse secuencialmente, deforma que para realizar un estado determinado es necesario que se haya realizadocorrectamente los anteriores:

Las fases del proceso son:

Partiendo de una pletina, se corta a la dimensión determinada la pieza necesaria.

Transporte de la pieza hasta la taladradora.

Realizar el primer taladro.

Desplazar la pieza.

Realizar el segundo taladro.

Evacuar la pieza.

Cada una de las fases, o estados, supone a su vez una serie de activaciones ydesactivaciones de los actuadores (Motores y cilindros neumáticos) que se produciránen función de:

Los sensores (de posición) y los contactos auxiliares (situados en loscontactores) que activan los motores eléctricos.

Variables que indican que se ha realizado el estado anterior.

7. PROCESO DISCONTINUO POR LOTES

Las materias primas necesarias para el proceso son cantidades diferentes de piezasdiscretas de forma y constitución diferentes. Sobre este conjunto se realizan lasoperaciones necesarias para producir el producto acabado, o bien obtener un productointermedio para ser incluido en un procesamiento posterior (figura 5).

Por ejemplo, se trata de formar un conjunto de tres piezas que se han obtenido a partirde una serie de procesos discretos; las piezas se ensamblarán como se indica en lafigura 5 y una vez colocadas se roblonarán los remaches de forma que queden unidaslas piezas sin soldadura.



Figura 5 PROCESO DISCONTINUO (PROCESO POR LOTES)

El proceso lleva las siguientes fases:

Posicionar las dos piezas de la base.

Posicionar la pieza de unión.

Colocar los roblones

Remachar la cabeza de los roblones

Estos estados, o fases, se realizan de forma secuencial, y para activar los dispositivosencargados de posicionar las diferentes piezas serán necesarias:

Señales de sensores.

Variables de los estados anteriores.

Tradicionalmente, el concepto de automatización industrial se ha ligado a la aplicaciónde los sistemas de control discreto y procesos por lotes, dejando los procesos continuosa la regulación automática o servomecanismos. Los autómatas programables tienen suaplicación principal en los procesos discretos y discontinuos.

8. CONTROLADORES SECUENCIALES

Se puede comprobar que los procesos discretos y discontinuos, tienen una gransimilitud entre sí. Ambos procesos pueden controlarse mediante con el mismo sistemade control, que, debido a su forma de actuar recibe el nombre de controladorsecuencial.



De forma resumida las características de los procesos secuenciales son:

El proceso se puede descomponer en una serie de estados que se activen deforma secuencial (variables internas).

Cada uno de los estados cuando está activo realiza una serie de acciones sobrelos actuadores (variables de salida).

Las señales procedentes de los sensores controlan la transición entre losestados (variables de entrada).

Los tres tipos de variables empleadas en el proceso son múltiples ygeneralmente de tipo discreto, solo toman dos valores: activado o desactivado.Por ejemplo un motor solo puede estar funcionando o parado.

En función de como se realice la transición entre estados, los controladoressecuenciales pueden ser de dos tipos:

Controladores secuenciales asíncronos

Controladores secuenciales síncronos

9. CONTROLADORES ASÍNCRONOS

La transición entre dos estados se produce en el mismo instante en que se produceuna variación de las variables de entrada.

Figura 6 CONTROLADOR SECUENCIAL ASÍNCRONO



En la figura 6, se representa el control de un proceso mediante un controladorasíncrono, formado por un circuito combinacional que determina las acciones a realizarsobre el proceso, en función de las entradas procedentes de los sensores y de lasvariables asociadas a estados anteriores que sé realimentan a través de las células dememoria.

10. CONTROLADOR SÍNCRONO

La transición a un estado determinado se produce en función de las variables deentrada y de las variables asociadas al estado anterior. Las variables de entrada y lavariable interna (asociada al estado anterior) están sincronizadas mediante una señalde reloj de frecuencia fija, de forma que la transición entre estados sólo se producepor una señal del reloj (figura 7)

Las células de memoria que almacenan las variables de entrada se activan todas, deforma conjunta con la señal de reloj, permitiendo el paso al circuito combinacional delas Xn variables, las células que almacenan las variables asociadas a los estados seactivan mediante la señal del contador de forma individual; a cada impulso de la señalde reloj el contador se incrementa en una unidad permitiendo el acceso de una solacélula.

Figura 7 CONTROLADOR DE SECUENCIA SÍNCRONO



La presencia de la variable de entrada y la variable interna en la entrada del circuitocombinado permite la activación de las variables de salida asociadas al estado activo.Este tipo de secuenciadores necesita para comenzar la secuencia entre estados laactivación del primer estado E0.

Los dos tipos de controladores descritos pueden construirse empleando lógicacableada y elementos discretos de tecnología electrónica, eléctrica o neumática. Elúnico requisito que tendría que cumplir el controlador sería que el tiempo que necesitael circuito combinacional para tomar decisiones (ciclo de trabajo), en función de lasvariables de entrada y estados anteriores, tendría que ser mucho menor que el tiempode evolución del proceso.

Al emplear lógica cableada, la configuración del circuito combinacional y lasoperaciones lógicas que ha de realizar, depende de las cantidades de variablesnecesarias para controlar el proceso (variable de entrada y salida) y del número deestados en los que se desglosa (variables internas). Una modificación del proceso quesupone una modificación en el número de variables anteriores o en su orden deactuación, significa diseñar de nuevo un controlador secuencial.

Todos estos inconvenientes quedan resueltos utilizando la lógica programada. Con loque cualquier variación, se hará mediante instrucciones de un lenguaje adecuado.

11. TIPOS DE SISTEMAS AUTOMÁTICOS

Automatismos mecánicos. Son los más antiguos, se siguen utilizando, pero cada vezmenos. Realizados con piezas mecánicas, como ruedas dentadas, bielas, palancas etc.No permiten controles en lazo cerrado.

Automatismos eléctricos. Constan de los siguientes elementos:

Temporizadores, relés, contactos (sistema de control).

Contactores (Preaccionadores).

Motores (actuadores).

Interruptores de posición, células, detectores, etc. (Sensores).

Pulsadores e interruptores (Accionado por el operario)



FIGURA 8 RELÉ REGULADOR PARA CALEFACCIÓN

FIGURA 9 RELÉ TEMPORIZADO

Automatismos electrónicos. Utiliza todos los elementos eléctricos y además:

Operadores lógicos, memorias, contadores; no son programables y estándiseñados para una sola tarea.

Miniordenadores, autómatas programables, microprocesador; Sirven para variarlas tareas y tienen que ser programados.

FIGURA 10 INTERRUPTOR HORARIO PARA CUATRO ACTUACIONES



FIGURA 11 MODEM PARA CONECTAR POR TELÉFONO CON UN SISTEMA INTELIGENTE

Automatismos neumáticos. Formados por:

Células neumáticas, temporizadores, secuanciadores. Con ellos se forma elsistema de control.

Distribuidores monoestables y biestables, son los preactuadores.

Cilindros de doble efecto y de simple efecto, son los actuadores del proceso.

Interruptores de posición neumáticos, vacuostatos, captadores de caída depresión, que actúan como sensores.

El operario en vez de actuar en un sistema eléctrico aquí opera con elementosneumáticos.

Electroneumáticos.

Presentan las ventajas de los sistemas eléctricos y electrónicos además de losneumáticos. Haciéndose la adaptación de uno a otro mediante electroválvulas. Solo lospreactuadores y actuadores son de tipo neumáticos.

FIGURA 12 ELECTROVÁLVULAS



12. MEMORIAS

La memoria es el dispositivo electrónico que almacena información. Las memoriaspueden ser grabadas y borradas, en el cuadro que sigue se detallan las distintasmemorias y sus características más sobresalientes.

Nombre Características Por corte de corriente

RAM Memoria de escritura lectura con acceso libre Se borra el programa

ROM Memoria de valores fijos. Sólo lectura sobre la memoria Conserva el programa

PROM Memoria programable con valores fijos Conserva el programa

EPROM Memoria modificable con valores fijos Conserva el programa

RPROM Memoria reprogramable con valores fijos Conserva el programa

EEPROM Memoria de valores fijos que pueden modificarseeléctricamente

Conservael programa

EAROM Memoria de valores fijos que pueden modificarseeléctricamente

Conservael programa

LIFO Memoria de almacenamiento. Gestionan entrada y salidasde información

Se borra el programa

Cuadro 1. TIPOS DE MEMORIAS

Programa es el conjunto de instrucciones que se da a un autómata o calculador, en unlenguaje determinado para la ejecución de un automatismo, cálculo, etc.

Lenguaje es la forma de comunicarse con la máquina para que esta ejecute unaacción, los principales lenguajes son entre otros: ADA, BASIC, COBOL, FORTRAM,FORTH, LOGO, LOTUS etc.

Sofware. Son los programas escritos en el lenguaje que entiende la máquina, ya seapor el usuario o por empresas informáticas.

Hardware. Se llama dispositivo Hardware, a los circuitos electrónicos y a los elementosfísicos que forman el conjunto del autómata, ordenador o calculadora.

Periféricos. Son los elementos exteriores del ordenador, que están en comunicacióndirecta con él (Teclado, Pantalla, Impresora, etc.)

Bus. Es el conjunto de líneas de conexiones que unen los diferentes dispositivoselectrónicos del autómata.

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