Tema 1 _Autómatas Programables

MODULO 8: MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE LINEAS AUTOMATIZADAS

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TEMA 1

AUTOMATAS PROGRAMABLES

1.- Definicin de autmata programable

1.1.- Para qu se utiliza?

1.2.- Aspecto de un autmata

2.- Funcionamiento digital (binario) de un

sistema

2.1.- El sistema binario

2.2.- Puertas lgicas

2.3.- El Algebra de Boole

3.- Representacin de entradas y salidas

4.- Programacin de contactos de apertura y

cierre

5.- Formas de representar un programa


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TEMA 1 AUTOMATAS PROGRAMABLES

1.- Definicin de autmata programable.

Realmente lo primero que debemos saber es, precisamente, qu es un autmata programable. Para poder responder a esta pregunta, la mejor forma es diferenciar un automatismo clsico mediante cableado de un automatismo realizado con autmatas programables.

En un automatismo clsico, la funcin de mando (lo que se debe hacer) se establece cableando entre s los elementos de maniobra, es decir, poniendo en serie o en paralelo contactos de cierre o apertura. Toda la funcin reside en el cableado de los elementos de maniobra. Una modificacin exige, por tanto, nuevos componentes, cambios de cableado, trabajos de montaje y de soldadura y, por supuesto, incremento econmico. Todo esto sin contar las prdidas de tiempo y dinero en las pruebas y puesta a punto.

En un autmata programable, esta funcin se realiza por programa, es decir, mediante una serie de instrucciones que le dicen a la mquina que contactos debe abrir, cuales debe cerrar, retardos, contadores, etc. Todo el proceso de mando esta depositado en la memoria del aparato de automatizacin. Tan sencillamente como se introdujo la funcin al programar, podemos realizar cualquier modificacin en la misma, sin cambiar cableado, en el mismo lugar de la instalacin e incluso, durante el proceso de trabajo.

1.1.- Para qu se utiliza?

Ahora que ya sabemos lo que es, veamos qu podemos hacer con un autmata programable.

Un aparato de automatizacin lee seales de interruptores de posicin, pulsadores, detectores de nivel, presostatos, termostatos, etc., tanto de seales digitales (un interruptor en ON/OFF) como analgicas (un mando con una tensin variable, una resistencia variable, etc.). Adems enva rdenes de mando a contactores de motores, vlvulas magnticas, frenos electromagnticos, lmparas de sealizacin, etc. Adems de esto puede contar impulsos, almacenar seales, prefijar desarrollos temporales, etc, y todo esto conectado a una red informtica para enviar y recibir datos de la red.

Todo ello lo hace adecuado para tareas de automatizacin en todas las ramas de la industria, tales como electrnica, industria mecnica, automocin, alimentacin, petroqumica, construccin de mquinas, depuracin de aguas, etc. Tambin existen miniautmatas (ejemplo: Logo_Siemens) que pueden ser utilizados para pequeas automatizaciones, como control de estacionamientos, cruces de semforos, pasos a nivel con barrera, pequeas empresas de manufacturacin, etc.


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1.2.- Aspecto de un autmata

La estructura de los autmatas es diferente de cada modelo y marca, sin embargo, existe una constante en todos ellos.

El aparato est formado por una carcasa, generalmente, de plstico en la que van alojados todos los componentes electrnicos, que son:

Microprocesador: Es el encargado de dirigir el funcionamiento del aparato. Recibe las rdenes del programa, ejecuta el programa y realiza sus funciones.

Memoria: Es el lugar donde reside el programa. El programa ir leyndose de la memoria instruccin a instruccin a medida que se ejecute.

Entradas/salidas: Conexiones especiales para comunicarse con el exterior, recibir seales externas para procesar o activar salidas en funcin del proceso del programa.

Fuente de alimentacin: Encargada de alimentar todo el conjunto.

AUTOMATA MODULAR

AUTOMATA COMPACTO

MINIAUTOMATA


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Adems necesita una unidad de programacin que, por lo general, suele ser exterior conectable fcilmente. Se utilizan dos tipos de programadores. El programador de consola es utilizado para pequeas automatizaciones o para programar un determinado aparato en el lugar en que est instalado. El programador de tipo porttil es un ordenador conectado al sistema de automatizacin, que, adems de servir para realizar las funciones de programacin, realiza un control sobre el funcionamiento del sistema y puede estar conectado al sistema de gestin y facilitar labores de contabilidad, pedidos, mantenimiento, etc.

2.- Funcionamiento digital (binario) de un sistema

El funcionamiento interno, la transmisin de informacin y la programacin de los aparatos de automatizacin se efecta en forma digital. Veamos qu es informacin en forma digital.

La informacin de un determinado fenmeno, como por ejemplo, el estado del nivel de agua de un embalse, se puede presentar de dos formas distintas, analgica y digital. La primera de ellas utiliza un nmero infinito de valores posibles, es continua; es el caso del indicador de un voltmetro de "aguja". En cambio, la segunda utiliza variables discretas, esto es, variables que slo pueden tomar un nmero finito de valores.

Para muchas aplicaciones, la utilizacin de informacin de tipo digital proporciona una mayor precisin que la analgica: es menos sensible al ruido, el nmero de operaciones bsicas a realizar con ellas es muy reducido y las aplicaciones electrnicas son ms sencillas de llevar a cabo y tienen un tamao mucho menor que las analgicas.

2.1.- El sistema binario Un sistema digital funciona en forma binaria. Emplea dispositivos en los que slo son posibles dos estados. Un ejemplo de esto puede ser un elemento que puede tener tensin alta por ejemplo de 4 V, o baja de unos 0,2 V, pero ningn otro valor.

Estos dos estados se pueden designar de varias formas, siendo los ms corrientes 1 o 0, alto o bajo, verdadero o falso. La aritmtica binaria y la manipulacin matemtica de las funciones lgicas y conmutaciones se manejan ms cmodamente con la clasificacin que se vale de los signos 0 y 1. Para explicar el sistema binario de representacin de nmeros emplearemos la referencia del sistema decimal. En este ltimo la base es 10 y se necesitan diez cifras, del 0 al 9, para expresar un nmero cualquiera. Para escribir un nmero mayor que 9, asignaremos un significado a la posicin de cada cifra en el nmero completo. Por ejemplo, el nmero 1264 significa: 1264 = 1 x 103 + 2 x 102 + 6 x 101 + 4 x 100

Es decir, cada dgito de un nmero representa una potencia de 10. El primer dgito de la derecha (4 este caso) es el coeficiente de la potencia 0, el siguiente de la potencia 1 y as sucesivamente.


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En el sistema binario de representacin, la base es 2 y slo se requieren dos cifras, el 0 y el 1, para representar un nmero. Las cifras 0 y 1 tienen el mismo significado que en el sistema decimal, pero difieren en cuanto a la potencia que representan. As, en el sistema binario, la potencia es de dos en lugar de diez, como ocurre en el sistema decimal. Por ejemplo, el nmero decimal 19 se escribe en notacin binaria como 10011, ya que:

10011 = 1 x24 + 0x23 + 0x22 + l x21 + 1 x20

= 16 + 0 + 0 + 2 + 1 = 19

Un dgito binario (1 o 0) se denomina bit. Un grupo de varios bit que tengan un determinado significado es una informacin palabra o cdigo.

En la siguiente tabla se da una reducida lista de nmeros equivalentes entre el sistema binario y el decimal.

2.2.- Puertas lgicas

2.2.1. - Puerta OR Una puerta OR tiene dos o ms entradas y una sola salida y funciona de acuerdo con la siguiente definicin: la salida de' una puerta OR se halla en estado 1 si una o ms de las entradas est en 1. Las entradas de un circuito lgico las designaremos con las letras A, B, C... N, y la salida por F.


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2.2.2.- Puerta AND Una puerta AND tiene dos o ms entradas y una sola salida y funciona de acuerdo con la siguiente definicin: la salida de una puerta AND estar en estado 1 slo si estn en estado 1 todas las entradas.

2.2.3. - Puerta NOT Los circuitos NOT tienen una sola entrada y una sola salida y responden a la negacin lgica de acuerdo con la siguiente definicin: la salida de un circuito NOT tiene el estado 1 slo si la entrada no toma el valor 1. La norma para indicar una negacin lgica es un pequeo crculo en el punto en que la lnea de la seal se une a un smbolo lgico.

A veces se emplea una apstrofe (*) en lugar de un guin (-) para indicar la operacin NOT.

2.3. -El lgebra de Boole El lgebra de Boole es una herramienta matemtica desarrollada inicialmente con el objetivo de representar las formas de razonamiento lgico, sistematizarlas y profundizar en el conocimiento de sus mecanismos. Fue presentada por George Boole (1815-1864). El nombre de circuitos lgicos que se aplica generalmente a los conjuntos de elementos que funcionan segn estos principios, se debe a que, siendo idntica la formulacin matemtica de la lgica formal con la de estos circuitos, es posible representar fsicamente los procesos lgicos.


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El lgebra de Boole opera con variables que admiten nicamente dos valores que, de forma convencional, se designan por 0 y l. Tngase presente que estos smbolos aqu no representan nmeros, sino dos estados diferentes de un dispositivo. Por ejemplo, si la variable L representa el estado de una lmpara, se puede representar el hecho de que dicha lmpara est encendida asignando un 1 a la variable L y, si est apagada, un 0.

2.3.1.- Operaciones en el Algebra de Boole. Se definen tres tipos de operaciones con las variables booleanas:

ADICIN: Aplicada a las variables A y B se representa como: A + B La tabla de la verdad que la representa es la de puerta "OR".

PRODUCTO: Aplicado a las variables A y B se representa como: A.B o AB La tabla de la verdad que la representa es la de la puerta "AND". .

COMPLEMENTACIN: Se aplica a una sola variable. Si esta variable es A, se representa como: A'.

La tabla de la verdad que la representa es la puerta "NOT".


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2.3.2.- Tabla de la verdad de una funcin lgica. La tabla de la verdad de una funcin lgica es una forma de representacin de la misma, en la que se indica el valor 1 o 0 que toma la funcin para cada una de las combinaciones posibles de las variables de las cuales depende. En la siguiente tabla se representa la tabla de la verdad de una funcin de tres variables:

La deduccin de la funcin por medio de la tabla de la verdad resulta sencilla. Podemos obtener la funcin por unos o por ceros. La funcin por unos ser igual a tantos sumandos como unos tenga la funcin F. Cada sumando estar formado por el producto de las variables, en forma normal si valen 1 (uno) y complementada si valen 0 (cero). Por ejemplo, el producto correspondiente a la combinacin 001 es el a'b'c. Este producto slo valdr uno cuando efectivamente a=0; b=0 y c=l.

De lo dicho se deduce que la funcin por "unos" de la tabla de la verdad que se ha representado es: F =ABC + ABC + ABC + ABC + ABC

Anlogamente, la funcin por "ceros" ser igual a tantos productos como ceros tenga la funcin F. Cada producto estar formado por la suma de las variables, en forma normal si valen 0 (cero) y complementada si valen 1 (uno). La funcin anterior por ceros vale: F = (A+B+C) (A+B+C) (A + B+C)

2.3.3.- Realizacin de esquemas de contactos Algunos ejemplos de funciones pasadas a esquemas de contactos seran:


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EJEMPLO 1: En un determinado proceso industrial, disponemos de dos generadores de 15 kW, cada uno, para alimentar a tres motores de 5 kW, 10 kW y 15 kW, los cuales no funcionan siempre juntos. Queremos realizar un automatismo que detecte los motores que estn funcionando en cada momento y haga entrar en funcionamiento al segundo generador cuando sea necesario.

Partiendo del enunciado del problema y de la figura, podemos definir las entradas al proceso, que sern los tres motores A, B Y C. Estos motores sern 1 lgico cuando estn funcionando y 0 lgico cuando estn parados.

El paso siguiente es realizar la tabla de verdad: a partir de las condiciones de principio, slo tendremos que comprobar cuando la suma de las potencias de los motores que estn funcionando en cada momento es mayor de 15 KW.

Realizamos la funcin por unos:

F = ABC + ABC + ABC


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Y el esquema de contactos por tanto sera:

3.- Representacin de entradas y salidas Como un autmata est formado, principalmente, por una serie de entradas por

donde recibe la informacin y otras salidas por donde enva las seales, debemos establecer la relacin existente entre las entradas y salidas del autmata programable.

Las entradas y salidas se designan con el distintivo I (Input) para las entradas e O o Q (Output/Quit) para las salidas, junto con un parmetro consistente en una combinacin de un byte: 0,1,2 y una direccin bit: 0,1,2,3,4,5,6,

Para un determinado programa podemos tomar el orden de entradas y salidas que deseemos; no es necesario que tengan que seguir un orden; por ejemplo, podemos asignar como entradas las I 0.0, I 0.3 y I 1.0, o cualquier otra.

4.- Programacin de contactos de apertura y cierre

Si a una determinada entrada conectamos un contacto (por ejemplo, un pulsador) normalmente abierto, la seal que se aplica al autmata ser un 0 en posicin de reposo o un 1 accionando el pulsador.

Si el contacto es normalmente cerrado, la seal aplicada al autmata ser 1 en posicin de reposo y 0 en accionamiento. Ahora bien, el autmata no reconoce si el contacto es normalmente abierto o normalmente cerrado, tan slo reconoce los estados 1 y 0. Esto nos da la posibilidad de programar contactos abiertos o cerrados con un solo tipo de pulsador, mediante la funcin complementacin (NOT). Para realizar esto basta poner una N delante de la entrada correspondiente y cambiaremos su estado normal.

Por ejemplo, si a la entrada I0.0 conectamos un pulsador normalmente abierto, pero queremos que el autmata lo reconozca como un pulsador normalmente cerrado, nombraremos la entrada en el programa como LD NOT 0.0.


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5.- Formas de representar un programa

Existen tres formas bsicas de representar un programa en un autmata, que son:

Lista de instrucciones o nemnico: Quiz la forma ms difundida de este lenguaje. Las instrucciones se envan al autmata en forma de lista como cualquier lenguaje de programacin de ordenadores. Para algunas aplicaciones no es aconsejable, ya que puede llegar a crear confusin en el operario si no tiene la suficiente experiencia en este tipo de lenguaje. Es ms aconsejable en aplicaciones complejas en las que se acompaa un grfico del automatismo tipo GRAFCET o similar. Esquema de contactos o diagrama de rels: Este mtodo de programacin consiste en introducir un programa en forma de esquema elctrico del automatismo, transformado a formato internacional mediante unas sencillas reglas. Este mtodo es muy interesante cuando partimos de un automatismo clsico ya realizado y queremos automatizarlo mediante el autmata; bastar con adaptar el esquema a este formato mediante unas reglas muy simples e introducir el programa en el autmata.

Esquema de funciones: El programa se realiza a partir del esquema obtenido por la tabla de Karnaugh y realizado con puertas lgicas. Se transforma en los smbolos equivalentes electrotcnicos y queda listo el programa. Este tipo de programacin esta poco difundido, tan solo en algunos modelos de autmatas concretos por ejemplo LOGOS.

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