Automatismos eléctricosprogramables

Oriol Boix AragonèsMiquel A. Saigí Grau

Ferran Zabaleta Alañà

Presentación 7

Presentación

El texto que tenéis en las manos ha sido pensado como una introducción a los automatismos eléctricosque tienen como base al autómata programable industrial (API).

Empieza estudiando los sistemas automatizados a nivel general continuando con el álgebra de Booleque permite clarificar algunos conceptos. Sigue con una pequeña introducción a los sistemas denumeración y codificación, así como un breve comentario sobre la evolución de los automatismos quepermite comentar las ventajas y los inconvenientes de las diferentes tecnologías.

A continuación se entra en el estudio del autómata programable industrial empezando por suarquitectura y continuando por su modo de funcionamiento, las formas de programación, las órdenesde mando, etc. Al mismo tiempo se hace una clasificación de los autómatas y se comentan los criteriosde selección.

Por otro lado se estudian otros aspectos como mantenimiento y averías, seguridad, diagnósticos,redundancias, redes de comunicación, etc.

Además se ha incluido un capítulo sobre metodología de trabajo con autómatas que incorpora ejemplospara comenzar a sentar las bases de una aplicación práctica, lo cual, necesariamente, requiere ya deun autómata y la realización de programas.

A pesar de los esfuerzos para evitar y corregir errores o imprecisiones, somos conscientes de quealgunos no han sido detectados, por lo que pedimos disculpas anticipadamente y agradecemos laadvertencia de los mismos.

No queremos acabar esta presentación sin agradecer tanto el soporte como la colaboración de XavierSolà, Joan Bergas, Oriol Güell, Antoni Sudrià y Maria Boix.

Los autores

Barcelona, Abril de 1993

Indice 9

Indice

Presentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1 Elementos de un proceso a automatizar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.1 Elementos de entrada de órdenes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.2 Elementos de entrada de información. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.3 Elementos de salida de información. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.4 Preaccionadores y accionadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.5 Sistema de tratamiento de la información. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2 Algebra de Boole. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.1 Elementos básicos de una maniobra eléctrica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.2 Elementos complementarios de una maniobra eléctrica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.3 Elementos básicos del álgebra de Boole. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.4 Funciones base del álgebra de Boole. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.4.1 Función AND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.4.2 Función OR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.4.3 Propiedades distributivas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3 Sistemas de numeración y representación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.1 Sistemas binario, octal y hexadecimal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.2 Código BCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.3 Bits,bytes, nibbles, etc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.4 Código ASCII . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

10 Automatismos eléctricos programables

4 Evolución de los automatismos industriales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

4.1 La lógica cableada (o electromecánica). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334.2 La lógica neumática. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.3 La lógica estática discreta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.4 La lógica estática integrada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.5 La lógica estática programada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354.6 El ordenador de proceso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354.7 El autómata programable industrial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

5 Definición y arquitectura del autómata programable industrial . . . . . . . . . . . . . 37

5.1 Definición histórica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375.2 Arquitectura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

5.2.1 Unidad de memoria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375.2.2 Unidad de control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395.2.3 Elementos de entrada y salida. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405.2.4 Buses de comunicación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

5.3 Sistema operativo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

6 Configuración y programación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

6.1 Configuración del mapa de memoria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476.2 Lenguajes y sistemas de programación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

6.2.1 Diagrama de contactos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486.2.2 Puertas lógicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486.2.3 Diagrama funcional. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496.2.4 Diagrama de flujo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496.2.5 GRAFCET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506.2.6 Lenguaje booleano. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516.2.7 Lista de instrucciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516.2.8 Lenguajes de alto nivel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

7 Estudio del autómata programable industrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

7.1 Clasificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537.2 Criterios de aplicación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

7.2.1 Velocidad de respuesta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

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7.2.2 Entorno de trabajo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567.2.3 Selección de un autómata. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

7.3 Tendencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

8 Mantenimiento, averías y diagnósticos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

8.1 Tipos de mantenimiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 598.2 Principales averías. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608.3 Ayudas al diagnóstico y al mantenimiento integradas en los autómatas. . . . . . . . . . . . . . . 618.4 Criterios de seguimiento para determinar la causa de una avería. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 638.5 Seguridad de la instalación en caso de defectos y averías. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 658.6 Control de funcionamiento y diagnósticos integrados dentro del programa. . . . . . . . . . . . . 668.7 Centralización de diagnósticos, alarmas y seguimiento del proceso. . . . . . . . . . . . . . . . . . 678.8 Equipos para ayuda al diagnóstico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 688.9 Redundancias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

9 Principales órdenes de mando. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

9.1 Modos de funcionamiento de los terminales de programación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 719.2 Modificación de un programa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 719.3 Búsqueda de elementos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 729.4 Monitorización de elementos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 729.5 Forzado de entradas y salidas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

10 Metodología de trabajo con autómatas programables. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

10.1 Definir el proceso a automatizar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7510.2 Dibujar el esquema eléctrico de potencia de la parte operativa de la instalación. . . . . . . . 7610.3 Elección del autómata. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7610.4 Asignación de las entradas y salidas de información y control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7710.5 Dibujar el esquema eléctrico de conexión del autómata a la red eléctrica. . . . . . . . . . . . . 7810.6 Diseñar los ciclos de funcionamiento previstos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8010.7 Diseñar y gestionar los defectos previstos y las seguridades necesarias para un correcto

funcionamiento de la instalación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8010.8 Realizar la puesta en marcha. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8110.9 Implementar el programa con elsoftwareadecuado para mejorar el mantenimiento y

control de productividad de la instalación (programa SCADA). . . . . . . . . . . . . . . . . 8210.10 Ejemplo de aplicación a la automatización de una máquina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

10.10.1 Definición del proceso a automatizar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

12 Automatismos eléctricos programables

10.10.2 Definición de los ciclos de trabajo y de los actuadores. . . . . . . . . . . . . . . . . 8310.10.3 Modos de funcionamiento e interfases con el operador. . . . . . . . . . . . . . . . . 8410.10.4 Alimentaciones y protecciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8610.10.5 Asignación de las entradas y salidas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8610.10.6 Seguridad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

11 Red local . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

11.1 Estructura, niveles y protocolos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8911.2 Campo de aplicación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9011.3 Gestión de la red. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9011.4 Formas de comunicación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9111.5 Elementos conectables a la red. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

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