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SER IE: M U I A _____ ELECTRONICO

Eugenio Rey, Coordinador

AUTMATAS PROGRAMABLES

Josep Balcells Jos Luis Romeral

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NDICEPARTI. I: AUTOMATIZACIN: CO NCEPTO S GENERALES

1. Introduccin al control industrial . . ........................ . . 31.1. Introduccin . . ......... ..................................................................... 31.2. Sistemas de control ....................................................... 41.3. Automatismos analgicos y digitales............................ 41.4. Componentes y modelos.............. 51.5. Automatismos cableados y programables ............ 61.6. El autmata programable ............ 71.7. Control por ordenador................ . 81.8. Resumen ...................................... 91.9. Referencias .......................... 9

2. Diseo de automatismos lgicos...................................... 102.1. Introduccin............................................. 102.2. Modelos y funciones de transferencia ....................................... II2.3. Automatismos combinaeionales y secuenciales .............................. 132.4. Diseo de automatismos combinaeionales....................................... 162.5. Diseo de automatismos secuenciales............................................. 172.6. G RA FC ET : Resumen histrico ..................................................... 182.7. Diseo basado en G R A FC ET ............. 192.8. G RA FC ET : Elementos de base y reglas de evolucin ........... 202.9. G RA FC ET : Ejemplo de diseo .......... . 232.10. Macroetapas y representacin en detalle . ..................................... 252.11. Estructuras bsicas del G R A F C E T .................................................. 26

2.11.1. Secuencia linea l................. 272.11.2. Divergencia y convergencia en O ................................. 272.11.3. Divergencia y convergencia en Y .................. 29

2.12. Diagramas de (lujo y diagramas GRAFCF.T . . . ...................... 302.13. Etapas iniciales, preposicionamiento y alarmas.............................. 322.14. Puestas en marcha y paradas: G EM M A ......................................... 33

2.14.1. Elementos de base ............................ . .. 332.14.2. Estados de funcionamiento . . ...................................... 332.14.3. Estados de paro .......................................................... 352.14.4. Estados de fa llo ................................................... 35

2.15. Mtodo general de diseo basado en G EM M A ............................. 352.15.1. Coordinacin horizontal ..................................... 362.15.2. Coordinacin piramidal o jerarquizada ............................ 36

2.16. Paros de emergencia ............................................. 362.17. Ejemplo de d iseo ............................ 37

2.17.1. Fases A y B de diseo ................. . . . . . . . ....... 372.17.2. Fase C de diseo .............. 382.17.3. Fase D de diseo .................................................. 38

2.18. Resumen ................................................................................. 402.19. Referencias . . ........................................................................... ... -, 40

3. Diseo de automatismos con seales analgicas ............................................. 413.1. Introduccin ........................................................... 413.2. Modelo de sistemas analgicos: Diagramas de bloques .................. 413.3. Funcin de transferencia ( F D T ) ....................................................... 423.4. Paso de la ecuacin diferencial a la FDT ............................... 433.5. Respuesta temporal 443.6. Operaciones bsicas con bloques ..................... . . . . 463.7. Bloques de primer y de segundo orden ........................... 47

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AUTMATASPROOltAMABLKS

3.8. Representacin grilca de la FD T .................................................. 483.8.1. Grficos de Bode..................................................... 483.8.2. FD T de primer orden ........................................ 483.8.3. FD T de segundo orden ............... 50

3.9. Control en lazo cerrado: Estabilidad ........................ 533.10. Acciones bsicas de control y su implementacin con controla

dores digitales ................. 563.10.1. Accin proporcional ............. 573.10.2. Accin integral ........................ 583.10.3. Accin derivativa ......................... .................... 593.10.4. Controladores P I D ................ 60

. tonXToVdarcs \ovSo o nai .................................. ^3.12. Eleccin del controlador ptim o............................. 61

3.12.1. Parmetros de evaluacin......................................... 613.12.2. Caracterizacin de la p lan ta ................. 623.12.3. Eleccin y optimizacin del regulador .................. 623.12.4. Conclusiones................................................... 63

3.13. Resumen ................................. 643.14. Referencias .................. 64

PA R T E I I : E L A U T M A TA P R O G R A M A B L E

4. Arquitectura interna del autmata .................................. 674.1. Introduccin......................... 674.2. Bloques esenciales de un autmata....................... 674.3. Unidad central de proceso, CPU .................................................... 684.4. Memoria del autmata ................... 69

4.4.1. Memorias internas ............................ 704.4.2. Memoria de programa ................................. 72

4.5. Interfaces de entrada y salida 734.6. Fuente de alimentacin .................................... 734.7. Resumen .......................................................................................... 754.8. Referencias ......................................................... 75

5. Ciclo de funcionamiento del autmata y control en tiempo real ....................... 765.1. Introduccin ................. 7652. Modos de operacin ......................................... 765.3. Ciclo de funcionamiento ..................... 775.4. Chequeos del sistema .............. 805.5. Tiempo de ejecucin y control en tiempo real .......................... 815.6. Elementos de proceso rpido 835.7. Procesado rpido de programas ................. 845.8. Contador de alta velocidad............................................... .. 855.9. Entradas detectores de flanco .......................................................... 875.10. Resumen .......................... 885.11. Referencias . . . . 89

6. Configuracin del autmata............................................................................. 906.1. Introduccin........................ 906.2. Tipos de procesadores en la unidad central de proceso.................... 906.3. Configuraciones de la unidad de control......................................... 93

6.3.1. Multiprocesadores centrales ........................... 946.3.2. Procesadores perifricos ..................................................... 97

6.4. Unidades de control redundantes .................................................... 1016.5. Configuraciones del sistema de entradas/salidas ............................ 102

6.5.1. Entradas/salidas centralizadas ............................. 1036.5.2. Entradas/salidas distribuidas ................ 105

6.6. Memorias de m asa................................................. 1086.7. Resumen ........................................................................................... 111

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7. Sensores y actuadores ........... ....................... . . . ........... 1137.1. Introduccin.............................. 1137.2. Sensores: Clasificacin ......... 1137.3. Caractersticas generales de los sensores ......................................... 115

7.3.1. Caractersticas estticas ............................ ..................... 1157.3.2. Caractersticas dinmicas ............................................. 116

7.4. Transductores de posicin: Conceptos generales ............................ 1167.5. Detectores de proximidad .................... 116

7.5.1. Conceptos generales ..................................... 1167.5.2. Detectores inductivos.............................. .. 1177.5.3. Detectores capacitivos ............................. . 1187.5.4. Detectores pticos ............. ....................... .. 1197.5.5. Detectores ultrasnicos...................................................... 1197.5.6. Criterios de seleccin...................................... 120

7.6. Medidores de posicin o distancia .................................................. 1207.6.1. Potencimetros ........... 1207.6.2. Encodcrs........................................................................... 1217.6.3. Sincros y resolvere............................................................ 1227.6.4. Inductosyn ........... 1247.6.5. Sensores lser ..................... 1257.6.6. Sensores ultrasnicos ................ 1267.6.7. Sensores magnetoestriciivos................................................ 126

7.7. Medidores de pequeos desplazamientos y deformaciones.............. 1267.7.1. Transformadores diferenciales........................................... 126112. Galgas extensomtricas ........... 1277.73. Transductores piezoelctricos .................... 128

7.8. Transductores de velocidad................................................. 1297.8.1. Dinamo tacomtrica.................. 1297.8.2. Generadores de impulsos.................................... 129

7.9. Acelermetros . .............................................................................. 1297.10. Transductores de fuerza y par ........................................................ 1307.11. Transductores de temperatura........................................................ 130

7.11.1. Termostatos..................................................................... 1317.11.2. Termopares . .............................................................. 1317.11.3. Termorresistencias PllOO .................................................. 1317.11.4. Termorresistencias PTC y N T C ....................................... 1327.11.5. Pirmetros de radiacin ....................................... 132

7.12. Transductores de presin ........................ 1337.13. Transductores de caudal.................................. , . . . . , ................... 133

7.13.1. Medidores por efecto Ventun .............. 1347.13.2. Medidores por presin dinmica ................................. 1347.13.3. Medidores por velocidad y por induccin.................... 1347.13.4. Medidores volumtricos....................................... 135

7.14. Transduclores de nivel ...................................................................... 1357.14.1. Transductores todo o nada.................................... 1357.14.2. Transductores por presin.... ............................................... 1357.14.3. Transductores por flotador................................................ 1367.14.4. Transductores ultrasnicos........................ 136

7.15. Accionamientos: Clasificacin ........................................................... 1367.16. Accionamientos elctricos.................................................................. 136

7.16.1. Rels y contactores . * ........................... 1367.16.2. Servomotores de CC .............. 1377.16.3. Servomotores de C A .................. 1387.16.4. Motores paso a paso ................ 139

7.17. Accionamientos hidrulicos y neumticos .............. 1417.17.1. Vlvulas ............................. 1417.17.2. Servovtvulas.................. 1417.17.3. C ilindros.................................................... 1427.17.4. Sujecin por vac io .................. 1437.17.5. Bombas y motores hidrulicos.................... 143

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7.18. Resumen ................................................................ . 1437.19, Referencias................ ,.. .................. . .................-............ 144

8. Interfaces de entrada/salida . . . . . . ............. 1458.1. Introduccin................ ...................................................................... 1458.2. Tipos de interfaces de E / S ............................................................... 1458.3. Entradas/salidas digitales * . . . , . . ............................ 1468.4. Entradas lgicas ............................... , 147

8.4.1. Entradas de CC PNP ...................................................... 1488.4.2. Entradas de CC NPN .......................... 1508.4.3. Entradas de CA . . . . . . . . . ............. 150

8.5. Salidas lgicas , ................................................................ .............. 1518.5.1. Salidas de C'C P N P .......................................................... 1528.5.2. Salidas de CC NPN ..................... 1538.5.3. Salidas por rel ..................... 1548.5.4. Salidas estticas de CA ............... 154

8.6. Entradas/salidas analgicas .......................... 1558.7. Conversin D/A ....................................................................... . . . 156

8.7.1. Convertidores unipolares .......................... 1568.7.2. Convertidores con signo.................................................... 158

8.8. Conversin A/D . . ...................................................................... 1598.8. i Adaptacin de seal y circuito de S&I I ............ 1598.8.2. Convertidores basados en contador ................................. 1608.8.3. Convertidor de aproximaciones sucesivas ........................ 1618.8.4. Convertidor de doble rampa de integracin .................... 162

8.9. Interfaces para entradas analgicas .................. 1638.10. Interfaces para salidas analgicas....................................................... 1668.11. Resumen ......................................................... .................................. 1718.12. Referencias ................................................................... . ............... 171

9. Interfaces especficas . . . . ..................... ..................................................... 1729.1. Introduccin ............................................................................ 1729.2. Entradas/salidas especiales .............. 173

9.2.1. Entradas/salidas multiplexadas ........... 1739.2.2. Detectores o comparadores de umbral analgico ............ 1749.2.3. Medidas de temperatura .................................................. 1759.2.4. Mdulos de contaje rpido .............. 1779.2.5. Interfaces adaptadoras de seal.......................................... 1789.2.6. Mdulos de transmisin serie, o mdulos ASCII ............ 178

9.3. Entradas/salidas inteligentes ..................................................... 1799.3.1. Acopladores analgicos ........... 1809.3.2. Convertidores de cdigo binario/BCD ............................. 1819.3.3. Interfaces de contaje rpido y lectura de recorrido .......... 182

9.4 Procesadores perifricos inteligentes ............................................... 1839.4.1. Procesadores de regulacin P 1 D ...................... 1849.4.2. Procesadores de posicionamiento ...................................... 189

9.5. Resumen ........................................................................................... 1939.6. Referencias . ............., ........................................................ . . . . . 193

10. Programacin del autmata . . . . . . . 19410.1. Introduccin...................................... 19410.2. Representacin de sistemas de control ...................................... 195

10.2.1. Descripciones literales . r , ................... 19610.2.2. Funciones algebraicas ..................... 19610.2.3. Esquemas de re ls............................. 19710.2.4. Diagramas lgicos ......................................................... 19710.2.5. Ordinogramas ............. 19710.2.6. Representacin G R A FC ET .............................................. 198

10.3. Identificacin de variables y asignacin de direcciones..................... 19910.4. Lenguajes de programacin . .......................................................... 200

VIII

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10.5. Lenguajes booleanos y lista de instrucciones................................... 20210.6. Diagramas de contactos ............... . . , ......................................... 20410.7. Plano de funciones .......................................... . .................. 20610.8. lenguajes de alto nivel .......................... 20810.9. Resumen .................................................................... 20910.10. Referencias ............................................... 210

11. Programacin de bloques funcionales .............................................................. 21111.1. Introduccin ............................................................................ 21111.2. Bloques secuenciales bsicos .............................................. 212

11.2.1. Biestables ........................................... 21211.2.2. Temporizadores . . . . ....... 21311.2.3. Contadores .......................................... . , . 21611.2.4. Registros de desplazamiento.......................... 21811.2.5. Secuenciadores paso a p aso ................. 220

11.3. Bloques funcionales de expansin.................... 22111.3.1. Funciones de carga y transferencia................................. 22211.3.2. Comparaciones de datos .................... 22311.3.3. Instrucciones lgicas entre palabras................................... 22411.3.4. Funciones aritmticas........................................................ 22511.3.5. Funciones de comunicacin ................................... 226

11.4. Instrucciones especiales..................................................................... 22811.5. Resumen .................................................................................. 23011.6. Referencias ............................. 230

12. Estructuras de programacin ..................... 23112.1. Introduccin . . . . . . . f . . . . . .......... 23112.2. Programacin lineal 232

12.2.1. Saltos de programa ......................................... 23312.2.2. Rel maestro de control........................ 235

12.3. Programacin estructurada ....................................................... 23512.3.1. Programacin modular....................................................... 23712.3.2. Subrutinas....................................... 238

12.4. Programacin multitarea................................ 23912.5. Tarcas rpidas e interrupciones................. 24112.6. Parametrizacin de mdulos funcionales.......................................... 24312.7. Programacin de procesadores perifricos inteligentes .................... 24512.8. Resumen .............................................. . . . .......... ................... 24812.9. Referencias ................................ . 249

13. Equipos de programacin y servicio de los A P I ............................................ 25013.1. Introduccin............................... 25013.2. F.quipos de programacin....................................... 251

13.2.1. Consolas de programacin . . ................................. 25113.2.2. Terminales de programacin ........................................... 25213.2.3. Software pai la programacin .......................................... 255

13.3. Modos de trabajo de los equipos de programacin ......................... 25713.4. Unidades de dilogo y test . . . ................ 26013.5. Visualizadores alfanumrieos............................................................. 26113.6. Terminales de explotacin ............................................................... 261

13.6.1. Terminales grficos . ................................................ 26513.6.2. Ejemplo de programa con termina! . . ............................. 265

13.7. Resumen ................... . ............... 26713.8. Referencias .............................. . ., .......... -.................. 267

PA R T E III. R E D E S D E A U T M A TA S

14. Conceptos generales de comunicaciones digitales.............................................. 27114.1. Introduccin.................... . . . 271

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14.2. Ventajas de las cotiuti no ............ . . . . ................... 27114.3. Algunas definiciones reljtr - i munkaciones .................................. 27214.4. Normalizacin: Modelo de referen.-; OSI ................................. 275

14.4.1. Tareas asignadas j ouIj jr-> de los niveles O S I ............... 27614.5. Redes locales industriales . . ............................ 27714.6. Topologa de las LAN . 27914.7. Nivel fsico de la red . . . . 280

14.7.1. Cab les...................... 28014.7.2. Enlaces por fibra ptica 28114.7.3. Modems telefnicos y va radio .............................. 28214.7.4. Codificacin y sincronizacin de datos ................. 282

14.8. Enlaces estndar: Nivel tsico , , ...................................... 28414.8.1. RS-232C, V.24 ..................................... 28514.8.2. Bucle de corriente, TTY . . . 28614.8.3. RS422 ............................................ 28814.8.4. RS-485 ......... - ................. 28914.8.5. ETH ERN ET ..................................................................... 290

14.9. Estructura lgica de las LAN ........................ 29114.9.1. Control de acceso al medio (M A C ) ............................... 29114.9.2. Control lgico de enlace (LLC ).... ................................... 293

14.10. Control de errores ............................................................................ 29314.11. Resumen . . . .............. 29414.12. Referencias ............................... 295

15. Redes de comunicacin industriales ................................................................ 29615.1. Introduccin................................ 29615.2. Buses de campo 297153. M ODBUS ................... 299

153.1. Estructura de la re d ................................................ , . ,, 29915.3.2. Protocolo............................................................................ 300153.3. Nivel de aplicacin ............................ 30515.3.4. Variante de MODBUS: JBU S ................................ 305

15.4. B1 T BU S .................... ........................................................................ 30615.4.1 Estructura de la re d ........................................................... 30615.4.2. Protocolo............................................................ 30915.4.3. Nivel de aplicacin .............................. 31215.4.4. Aplicaciones industriales basadas en B 1 T B U S .................. 313

15.5. PROF1BUS .......................................................... 31315.5.1. Estructura de la re d ........................................................... 31415.5.2. Protocolo............................................................................ 31515.5.3. Aplicacin .......................................................................... 31715.5.4. Algunas redes industriales basadas en PRO FIBUS .......... 318

15.6. Multiplexores de F ./ S .................................... 31815.7. Redes LAN industriales ........................................................... 31715.8. M A P ...................................................... 319

15.8.1. Estructura de la red y protocolo ................................... 31915.8.2. Nivel de aplicacin ........................................................... 320

15.9. M IN IM A P ......................................................................................... 32015.9.1. Estructura de la r e d ........................................................... 32115.9.2. Protocolo................................. 32115.9.3. Procedimientos de inicializacin ............................... 322

15.10. ET H ER N ET ............................................... , ................................. 32415.10.1. Estructura de la r e d ................................................ 32515.10.2. Protocolo.................................................................... .. , . 32615.10.3. Procedimientos de inicializacin ..................................... 327

15.11. Nivel de aplicacin: Sofiware ........................................................... 32715.12. Resumen ........................................................................................... 32715.13. Referencias ....................................................................................... 327

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16. Ordenadores industriales compatibles PC ......... 32816.1. Introduccin...................................................................................... 32816.2. Autmata programadle versus PC industrial ............................ . 32916.3. Caractersticas generales de un PC de aplicacin industrial ........... 33116.4. Protecciones en el PC industrial...................................................... 33216.5. Configuracin hardware del PC industrial .......................... 333

16.5.1. Unidad central de proceso y memoria interna ................ 33316.5.2. Interfaces E/S y controladores ......................................... 33416.5.3. Memorias masivas ........... 33416.5.4. Buses de interconexin ........................ 33616.5.5. Perifricos del PC industrial.............................................. 343

16.6. Presentaciones constructivas de PC industriales .......................... 34516.7. Resumen ........... 35016.8. Referencias ............. .............. ... ................. * . . . 350

17. Aplicaciones de los PC industriales 35117.1. Introduccin..................................................................................... 35117.2. Sistemas operativos para PC industrial ........................................... 35117.3. Software para aplicaciones industriales.............................................. 35317.4. Funciones de los PC en la industria .............................................. 35517.5. Interfaz del PC con el mundo exterior............................................ 35717.6. Sistemas de adquisicin de datos .................................................... 361

17.6.1. Sistemas de adquisicin basados en laijelas T A D 36217.6.2. Sistemas de adquisicin basados en instrumentos 365

17.7. El PC como controlador industrial .................................................. 36617.7.1. Red de autmatas-PC ...................................................... 36717.7.2. El PC en control directo de planta ............................... 36717.7.3. Sistemas de control distribuido ............................. 370

17.8. Aplicaciones para la supervisin y el control de produccin .......... 37317.8.1. SCADA ........................ 37417.8.2. Estructura de un paquete S C A D A .................................... 375

17.9. Aplicaciones para la gestin de la informacin de planta................ 37917.9.1. Software para el control de calidad ......................... 38117.9.2. Software para el mantenimiento..................... . 382

17.10. Resumen ............................ 38317.11. Referencias ................................................................. 384

PA R T E IV . E L A U T M A TA EN SU E N T O R N O

18. Instalacin y mantenimiento de autmatas programables ............................... 38718.1. Introduccin ................................................................................ 38718.2. Fase de proyecto con AP . 38718.3. Seleccin del autmata .......................................... 38918.4. Fase de instalacin .............. 39018.5. Fijaciones y condiciones mecnicas ........................... 39118.6. Espacios de ventilacin .............. 39118.7. Distancias de seguridad elctrica ....................... 39118.8. Condiciones ambientales ............................... . . . . . . . . 39118.9. Compatibilidad electromagntica..................... 392

18.9.1. Origen y propagacin de inlerlrencias ............................. 39318.9.2. Espectro de frecuencias ........... 39418.9.3. Comportamiento de los cables a alta frecuencia ................ 39518.9.4. Acoplamiento entre cables ................ 39618.9.5. Radiacin .......................................................................... 39718.9.6. Descargas electrostticas..................................................... 39818.9.7. Clasificacin y separacin de ambientes ......................... 39918.9.8. Red de alimentacin ......................................................... 40018.9.9. Resumen de criterios de proteccin ............................... 400

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13. I. Alimentacin y protecciones............. ............ 40118.11. Distribucin y cableado interno del armario de control.................... 40418.12. Cableado extemo ........... 40418.13. Diseo e instalacin del software .................................. 40518.14. Fiabilidad de las instalaciones con autmatas . . 407

18.14.1. Fiabilidad................................................... 40718.14.2. Disponibilidad .................................... 40818.14.3. Seguridad............................................................................. 40818.14.4. Averias en las instalaciones de autmatas........................ 409

18.15. Mantenimiento de instalaciones con autmatas................................. 40918.16. Resumen .......................................................................................... 41018.17. Referencias .................................................................................... 410

ANEXOSAnexo I. Principios de lgebra lgica................. ......................................... 413

A 1 -1. Componentes todo-nada y variables lgicas....................................... 413A 1.2. Operaciones lgicas ................ 413A 1.3. Propiedades del lgebra lgica ................................. 414AI.4. Funciones lgicas: tabla de verdad ............................................... 414A 1.5. Smbolos lgicos ............ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ........... 416AI.6. Tabla de Karnaugh y simplificacin................................................... 416A 1.7. Referencias ............. 417

Anexo II. Cdigos y sistemas de numeracin ....................................................... 418A2.1. Informacin digital ................... 418A2.2. Sistema de numeracin binario ...................................................... 419A2.3. Nmeros negativos en sistema binario ...................................... 420A2.4. Cdigo BCD ............................................................................. 420A2.5. Sistema hcxadecimal ......................................... 421

Anexo III. Autmatas y redes comerciales ...................................... 422A3.I. Informacin ............. , . ................. 422

Anexo IV. Normalizacin y niveles de proteccin de equipos industriales .............. 436A4.1. Necesidad de una normalizacin industrial .............. 436A4.2. Compatibilidad y susceptibilidad electromagnticas ................... . 436A4.3. Solidez mecnica y especificaciones de operacin ...................... 437A4.4. Grados de proteccin....................................................................... 437A4.5. Ejemplo de especificaciones .......................... . ............................. . 439

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18.10. Alimentacin y protecciones ................................................. 40118.11. Distribucin y cableado interno del armario de control.................. 40418.12. Cableado externo.......................................................................... . 40418.13. Diseo e instalacin del software .................................................... 40518.14. Fiabilidad de las instalaciones con autmatas ................................. 407

18.14.1. Fiabilidad............................................................................. 40718.14.2. Disponibilidad ................................ 40818.14.3. Seguridad....................... 40818.14.4. Averias en las instalaciones de autmatas.......................... 409

18.15. Mantenimiento de instalaciones con autmatas............................... 40918.16. Resumen ........................................... 41018.17. Referencias ............................................................................... 410

ANEXOSAnexo I. Principios de lgebra lgica....................................................... 413

A 1.1. Componentes todo-nada y variables lgicas........................ 413A 1.2. Operaciones lgicas ................. 413A 1.3. Propiedades del lgebra lgica ............... . . . . . . . . . ..................... 414A 1.4. Funciones lgicas: tabla de verdad .................................................. 414A 1.5. Smbolos lgicos ..................................... 416A 1.6. Tabla de Karnaugh y simplificacin ................................................ 416A 1.7. Referencias . . .............................................................................. 417

Anexo II. Cdigos y sistemas de numeracin ....................................................... 418A2.1. Informacin digital 418A2.2. Sistema de numeracin binario ................. , , . ..................... 419A2.3. Nmeros negativos en sistema binario ............................................ 420A2.4. Cdigo BCD ...................... ..................., ......... 420A2.5. Sistema hexadecimal . ................... 421

Anexo III. Autmatas y redes comerciales ............................................................ 422A3.I. Inlmiacin ......................................... 422

Anexo IV. Normalizacin y niveles de proteccin de equipos industriales ................ 436A4.1. Necesidad de una normalizacin industrial ..................................... 436A4.2. Compatibilidad y susceptibilidad electromagnticas ............ 436A4.3, Solidez mecnica y especificaciones de operacin ............ 437A4.4. Grados de proteccin . ............... 437A4.5. Ejemplo de especificaciones . . . . . . . . . . . . . . . . ....... 439

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PRESENTACINLos autmatas programables han supuesto la apli-

. ion masiva del microprocesador al mundo de los con- ies industriales. Su gran ventaja ha sido que han per-

i tido aplicar a dichos controles las conocidas ventajas . i los sistemas programables con respecto a los ca- ' irados. Pero quizs su mayor mrito es que han per-

udo el uso generalizado del microprocesador por par- Je no especialistas.No obstante, el uso de autmatas obliga a adquirir

evos conocimientos si se quiere obtener de ellos el simo partido. Hay, sobre lodo, dos aspectos que jus- ;an la edicin de un libro como ste. El primero es - el autmata obliga a pensar de forma distinta a la

-ora de plantear un diseo. El segundo es que el au- vmata permite disponer de comunicaciones con otros

emas informticos ms potentes y esto amplia enormemente las prestaciones del conjunto.

Los autores han tenido con este texto el mrito de -poner de una forma sistemtica y ordenada, las techas de diseo a emplear en los automatismos basados

autmatas programables. El texto contiene una des- pcin del propio autmata y de una serie de sistemas

'entricos relacionados con l, haciendo hincapi en ..aellas partes donde el diseador debe tomar decisio-

importantes.

Puede decirse con toda objetividad que el libro presenta la ventaja conjunta de una clara exposicin de los conceptos tericos (modelos y funciones de transferencia, automatismos combinacionales y secuenciales, diseo convencional y basado en G R A FC ET y en GEM- MA, controladores, etc.) y un detallado tratamiento de aspectos de aplicacin prctica como son los distintos tipos de transductores y sensores, interfaces de Entrada/ Salida y dinlinlos temas de programacin. Tambin hay que resaltar la parte dedicada a Redes de Autmatas, su configuracin, y cuestiones importantes referentes al entorno de trabajo, alimentacin, protecciones, cableado, que condicionan en gran medida la fiabilidad de los sistemas y su facilidad de mantenimiento.

Por todo ello, creo que esta obra constituye una magnfica aportacin a la difusin de la teora, la tecnologa y la utilizacin prctica de los Autmatas Programables que sin duda alguna ha de resultar de gran utilidad para el colectivo de profesionales de la electrnica y la automatizacin, o estudiantes de carreras tcnicas, interesados en iniciar o profundizar sus conocimientos en esta rea.

JO A N P E R A C A U L A Catedrtico del Departamento de Ingeniera Electrnica.

E .T .S . de Ingenieros Industriales Universitat Politcnica de Catalunya

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PRLOGOLa obra que presentamos a continuacin ha tenido dilatado perodo de gestacin y maduracin. F.l n-

. 1 de la misma naci en forma de apuntes para cursos . distintos niveles, apoyados con prcticas de progra- icin con autmatas de diversas marcas y dirigidos a senadores de automatismos, algunos de ellos proce

- entes del campo de los rels y otros con una slida irmacin en los campos de la informtica o los m-

procesadores.Esta experiencia previa nos hizo ver que hay tcnicos

.. muy diversa procedencia relacionados de alguna lr- con el mundo de los autmatas, y que dicho

mundo abarca aspectos muy diversos que van desde diseo de automatismos, su instalacin y manteni-

-;,ento y las comunicaciones con otros equipos como aeden ser los de control numrico o los ordenadores . proceso. Todo ello nos llev a comprender y valorar . enorme cantidad de conceptos que se manejan en las

.stintas facetas antes mencionadas.Como es sabido, el autmata naci como un paso

delante de los antiguos automatismos basados en rels, -iduso los primeros lenguajes de programacin estaban

-.isados en el simbolismo de contactos. No obstante, :Stu idea muy pronto se qued corta para expresar todo J potencial de operaciones lgicas combinaeionales y :cuenciales y aritmticas que es capaz de ejeeular cual

quier autmata. As pues, el tcnico que lo fuera en au- nnalismos de rels deba aprender a utilizar los nuevos cursos que pona a su alcance el autmata, recursos

qLie fueron evolucionando muy rpidamente en los aos "0 y principios de los 80, siguiendo la evolucin de los microprocesadores y exigiendo esto su formacin y puesta al da en una serie de aspectos, sobre todo de tipo electrnico o informtico.

Por otro lado se han aproximado al mundo del autmata una serie de tcnicos muy formados en el mundo

de la electrnica, la informtica y los microprocesadores, pero con poca experiencia en el diseo de sistemas de control y un cierto desconocimiento de las condiciones de entorno en las que debe operar un sistema de control industrial. Para este tipo de tcnicos el diseo basado en un ordenador de proceso resulta fcil hasta que llegan a la interfaz con el proceso o a la integracin en el sistema de los captadores y accionamientos de potencia, para los cuales ciertamente los ordenadores normales no estn preparados.

A pesar de lo dicho en los prrafos anteriores debemos aclarar que hoy en da no tiene sentido plantearse la disyuntiva autmata u ordenador de proceso, sino que, tanto el autmata como el ordenador son piezas de un conjunto superior que los engloba y que se ha dado en llamar C IM (Computer Integrated Manulc- turing), donde se mezclan y se combinan los ordenadores, los controles numricos, los robots y los propios autmatas, desempeando cada uno ciertas funciones para las que est especialmente dotado. Es por ello que el texto que presentamos no se limita a un descripcin del autmata, sino que pretende cubrir todos los aspectos relacionados con l. empezando por la eleccin del ms adecuado, siguiendo por los mtodos de diseo de automatismos lgicos o con seales analgicas, diseo que acabar normalmente con la implementacin y programacin, describiendo los sensores y accionamientos externos y las interfaces necesarias para su integracin en el sistema electrnico, hasta llegar a la comunicacin e integracin de sistemas complejos como los descritos anteriormente.

Deseamos sinceramente que nuestros lectores encuentren en este texto un punto de referencia y que les sirva de base para una mejor comprensin de los autmatas y de las tecnologas que les rodean.

L O S AUTO RES

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PARTE IAUTOM ATIZACIN:

CONCEPTOS GENERALES

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1. INTRODUCCIN AL CONTROL INDUSTRIAL

I. INTRODUCCIN

Kl concepto tic control es xlraordi- Mnente amplio, abarcando desde simple interruptor que gobierna el

-.elidido de una bombilla o el grifo c regula el paso de agua en una tu- .ra. hasta el ms complejo ordenador

.. proceso o el piloto automtico de i avin.Podramos definir el control como la aiiipuJucin indirecta de las magni-

jdes de un sistema denominado pUtn- . a travs de otro sistema llamado sis- oa le control. La figura 1.1 muestra

rsqUmtieamentc un diagrama de blo- _ues con los dos elementos esenciales: istema de control y planta.

Los primeros sistemas de control se esarrollaron con la revolucin indus

trial de finales del siglo xi\ y principios del siglo \x. Al principio, se basaron .asi exclusivamente en componentes mecnicos y electromecnicos, bsicamente engranajes, palancas, rels y pequeos motores, pero a partir de los aos cincuenta empezaron a emplearse los semiconductores, que permitan el diseo de sistemas de menor tamao y consumo, ms rpidos y con menor desgaste.

En la dcada de los setenta, la complejidad y las prestaciones de los sistemas de control se incrementaron gracias al empleo de circuitos integrados y en particular los de tipo programable (sistemas basados en microprocesadores).

Finura /./, Sistema de control.

Al tiempo que se desarrollaban los circuitos integrados lo hacan tambin los ordenadores digitales, si bien su empleo en la industria quedaba restringido al control de procesos muy complejos, debido a su elevudo coste, necesidad de personal especializado para su instalacin y manejo y a la poca facilidad de interconexin (interfaz) con el proceso, donde se manejan habi- lualmente tensiones y corrientes fuertes, para las cuales no suele estar preparado el ordenador.

La demanda en la industria de un sistema econmico, robusto, flexible, fcilmente modificable y con mayor facilidad para tratar con tensiones y corrientes fuertes que la que tena el ordenador, hizo que se desarrollasen los autmatas programables industriales, abreviadamente A P I en la literatura castellana o PLC en la literatura anglosajona.

Los primeros autmatas pretendan, bsicamente, sustituir a los sistemas convencionales con rels o circuitos lgicos, con las ventajas evidentes que supona tener un hardware estndar. Por ello nacieron con prestaciones muy similares a las que ofrecan dichas tecnologas convencionales y sus lenguajes de programacin eran muy prximos a los esquemticos empleados en las mismas.

Estas limitaciones eran aconsejadas slo por razones de mercado y no respondan a limitaciones tecnolgicas de aquel momento, ya que las posibili

dades que realmente podan ofrecer eran mucho mayores.

Los autmatas actuales han mejorado sus prestaciones respecto a los primeros en muchos aspectos, pero fundamentalmente a base de incorporar un juego de instrucciones ms potente, mejorar la velocidad de respuesta y dotar al autmata de capacidad de comunicacin. Los juegos de instrucciones incluyen actualmente, aparte de las operaciones lgicas con hits, lempori- zadores y contadores, otra serie de operaciones lgicas con palabras, operaciones aritmticas, tratamiento de seales analgicas, funciones de comunicacin y una sene de funciones de control no disponibles en la tecnologa clsica de rels. Todo ello ha potenciado su aplicacin masiva al control industrial tal y como muestra la figura 1.2.

En definitiva, podramos decir que los grandes autmatas actuales se acercan cada vez ms a las prestaciones de un pequeo ordenador, siendo algunos incluso programables en lenguajes tpicamente informticos como el B A SIC.

Sin embargo, la principal virtud del autmata sigue siendo su robustez y facilidad de interconexin al proceso y la tendencia actual no es precisamente la de acercarlo ms a las prestaciones de los ordenadores en cuanto a su capacidad de clculo, sino dotarlo de funciones especficas de control y de canales de comunicacin para que puedan conectarse entre s y a los propios ordenadores. El resultado de esta integracin es la red de autmatas conectada a ordenador, capaz de ofrecer las prestaciones y ventajas de ambos sistemas al integrar en un solo sistema todas las funciones de produccin asistida por ordenador (C1M).

La disponibilidad de estos nuevos elementos y funciones en el campo del control industrial obliga a replantearse la configuracin y los propios mtodos de diseo de los automatismos. La figura 1.3 muestra un diagrama con los

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principales pasos a seguir en el desarrollo del proyecto de un sistema automtico de control.

F.n lo que sigue de esta primera parte del texto, introduciremos conceptos bsicos y mtodos para el diseo de sistemas de control, con cierta independencia de la tecnologa empleada para su implementacin, aunque pensando siempre en el mximo aprovechamiento de las prestaciones que nos ofrecen las nuevas tecnologas, antes mencionadas.

1.2. S IST EM A S DE CONTROL

Segn se ha indicado en la introduccin, el objetivo de un sistema de control es el de gobernar la respuesta de una pluma, sin que el operador intervenga directamente sobre sus elementos de salida. Dicho operador manipula nicamente las magnitudes denominadas de consigna y el sistema de control se encarga de gobernar dicha salida a travs de los accionamientos.

El concepto lleva de alguna forma implcito que el sistema de control opera, en general, con magnitudes de baja potencia, llamadas genricamente seales, y gobierna unos accionamientos que son los que realmente modulan la potencia entregada a la planta. Esta idea se refleja en la figura 1.4.

Segn la definicin anterior, el conjunto de sistema de control y accionamientos se limitara a ser un convertidor amplificador de potencia que ejecuta las rdenes dadas a travs de

las magnitudes de consigna. Este tipo de sistema de control se denomina en lazo abierto, por el hecho que no recibe ningn tipo de informacin del comportamiento de la planta.

Lo habitual, sin embargo, es que el sistema de control se encargue de la toma de ciertas decisiones ante determinados comportamientos de la planta, hablndose entonces de sistemas automticos de control. Para ello se requiere la existencia de unos sensores que detecten el comportamiento de dicha planta y de unas interfaces para adaptar las seales de los sensores a las entradas del sistema de control. El diagrama de bloques ser, en este caso, el de la figura 1.5. Este tipo de sistemas se denominan en lazo cerrado, ya que su diagrama muestra claramente una estructura con una cadena directa y un retorno o realimentacin, formando un lazo de control,

As pues, en el caso ms general, podremos dividir el sistema de control en los siguientes bloques:

Cabe indicar aqu que el papel del autmata programable dentro del sistema de control es el de unidad de control. aunque suele incluir tambin, totalmente o en parte, las interfaces con las seales de proceso.

Al conjunto de seales de consigna y de rcalimenlacin que entran a la

Figura Fases de proyecto de un sistema de control.unidad de control se les denomina genricamente entradas y al conjunto de seales de control obtenidas salidas

1.3. AUTO M ATISM O S ANAL GICOS Y D IG ITA LES

Segn la naturaleza de las seales que intervienen en el proceso, los sis-

AUTMATASNtOORAMABLKS

Pn E S TAOOUES

G1M -

LOMUNU ACIONES. R E D E S y 'B A S E S DE DATOS. - y 'GRFICOS

VlSUALIZ AOORE S. -IM PRESO RAS j j r '

OPERAC IO NES - y SARITMF TICAS y SSUSTITUCIN - y SOE R E IF S

1970 1980 >990 AO

figura 1.2. Evolucin de las prestaciones de los autmatas (cortesa de IIIi.

LInidad de control Accionamientos. Sensores. Interfaces.

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INTRODUCCION ALCONTROL INDUSTRIAL

ENERG IA

SIST EM ADE CONTROL

SE ALES |DE CONSIGNA

iiACCIONAMIENTOS

S E A L E S I DE CONTROL ,

PLANTA = >RESPUESTA

Elem entos de seal Elem entos de potenc*a

Figura 1.4. Sistema de control en lazo abierto.

ENERG IA

'S E NAl E S UE CONSIGNA

ENTRADAS

I I

ikUNIDAD SA LI A S ACCIONAMIENTOS

.DE CONTROL S E A L E S ~ V

DE CONTROL

RESPUESTA ! -fvV

IN T ERFACESS E A L ES DERE ALIMENTACIN

E lem en to s de seal E lem en to s de patencia

Figura 1.5. Sistema de control en lazo cerrado.

temas de control pueden dividirse en ios siguientes grupos:

Sistemas analgicos. Sistemas digitales.

Sistemasles.

hbridos analgico-digita-

Los sistemas analgicos trabajan con seales de tipo continuo, con un margen de variacin determinado. Dichas seales suelen representar magnitudes risicas del proceso, tales como presin, temperatura, velocidad, etc., mediante una tensin o corriente proporcionales a su valor (0 a 10 V, 4 a 20 mA, etc.).

Los sistemas digitales, en cambio, trabajan con seales todo o nada, llamadas tambin binarias, que slo pueden presentar dos estados o niveles: abierto o cerrado, conduce o no conduce. mayor o menor, etc. Estos niveles o estados se suelen representar por variables lgicas o bits, cuyo valor puede ser slo 1 o 0, empleando la notacin binaria del lgebra de Boole.

Dentro de los sistemas digitales cabe

distinguir dos grupos: los que trabajan con variables de un solo bit, denominados habitualmente automatismos lgicos y aquellos que procesan seales de varios bits, para representar, por ejemplo, valores numricos de variables o contenido de temporizadores, contadores, etc. A estos ltimos se Ies denomina genricamente automatismos digitales.

Figura 1.6. Seales de FJS de la unidad de control.

EN TPA D A S D IG ITALES ODBDBRn

( in u B iauuaHaa

A/D

EN TR A D A SANALOGICAS

Los sistemas de control actuales con un cierto grado de complejidad, y en particular los autmatas programables, son casi siempre hbridos, es decir, sistemas que procesan a la vez seales analgicas y digitales. No obstante, se tiende a que la unidad de control sea totalmente digital y basada en un microprocesador, que aporta la capacidad de clculo necesaria para tratar las seales todo o nada en forma de bits y las seales analgicas numricamente.

Dado que muchos de los sensores habituulmenle empleados suministran seales de tipo analgico, las interfaces de estas seales deben realizar una conversin analgico-numrica, llamada habitualmente conversin analgi- co-digital (A/D), para que puedan ser tratadas por la unidad de control.

Puede ser necesario tambin disponer de seales analgicas de salida, para ciertos indicadores o para control de ciertos servosistemas externos. En tal caso el sistema de control debe disponer tambin de interfaces para la conversin digital-analgica (D/A). capaces de suministrar dichas seales a partir de los valores numricos obtenidos por la unidad de control.

La figura 1.6 muestra la estructura de la unidad de control, resaltando las interfaces necesarias para el tratamiento de las seales de entrada y salida comnmente empleadas en controles industriales.

1.4. CO M PO N EN TES Y M O D ELO S

En los automatismos encontramos habitualmente una diversidad de com-

UNIDAD

DE

CONTROL

SA L ID A SD IG ITALES

D I A

SA L ID A SAN A I G ICAS

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AUTMATASMtOORAMABLES

ponentes o subsistemas de tipo mecnico, hidrulico, neumtico, elctrico o fisicoquimico. Se trata, pues, de sistemas que combinan mltiples tecnologas. haciendo necesario un lenguaje comn para la coordinacin e integracin ptima de todas ellas en el sistema.

A nivel fsico, la ligazn entre dichos subsistemas tecnolgicamente diversos, la realizan los sensores e interfaces. Pero a nivel de caracterizar su comportamiento. el diseador necesita un minelo independiente de la tecnologa que le permita tratar a todos ellos con una metodologa comn, sea cual sea su principio tecnolgico.

01 modelo permite tratar a cada componente o subsistema como una caja negra a la cual se asocia una /tincin de transferencia que relaciona las magnitudes de salida de inters con las magnitudes de entrada y que, por tanto, permite predecir su comportamiento una vez conocido su estado inicial y las seales de entrada aplicadas. Este enfoque nos permitir, pues, tratar cualquier sistema o parte del mismo mediante un diagrama de bloques, que permite representar mediante un simbolismo comn elementos de diversas tecnologas, que a pesar de su diversa ndole aparecern para el diseador como homogneos.

Para clarificar el concepto de modelo independiente de la tecnologa podemos poner un ejemplo. Para el especialista en rels, el esquema elctrico de un automatismo es un modelo a partir del cual es capaz de predecir el comportamiento del sistema ante determinadas entradas. Pero este modelo carece de significado para un especialista en hidrulica o neumtica, que a su vez utiliza otro tipo de esquemas. Sin embargo, ambos tienen en comn que emplean elementos todo o nada, que pueden representarse con el modelo comn del lgebra de Boole, que sera el modelo independiente de la tecnologa que permite tratar ambos tipos de sistemas bajo un mismo punto de vista. La figura 1.7 ilustra este concepto.

De forma anloga, los sistemas analgicos pueden tratarse mediante funciones algebraicas continuas que relacionan las magnitudes de salida con las de entrada. Las herramientas matemticas para el tratamiento de estos sistemas son bsicamente la transformada de Laplace, para sistemas analgicos y

la transformada en r, para sistemas digitales muestreados.

Los mtodos del lgebra de Boole, la transformada de Laplace y la transformada en e, son tiles matemticos imprescindibles para abordar el diseo de sistemas de control, pero no es imprescindible su conocimiento para comprender el funcionamiento de los autmatas. Este texto est dedicado bsicamente al conocimiento de los autmatas y no pretende profundizar en los mtodos de diseo de sistemas de

control, por lo que nos limitaremos a utilizar conceptos bsicos y remitiremos en cada caso al lector a la bibliografa especfica sobre aquellos temas, para un conocimiento ms profundo.

1.5. AUTO M ATISM O S CABLEA D O S Y PRO G RA M A BLES

Una de las claves del xito de los autmatas programadles frente a los equipos de rels, o incluso frente a

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41INTRODUCCION AL

CONTROL INDUSTRIAL

:. " - - .. ; quipos construidos a base de circuitos rtegrados. ha sido la posibilidad de -alizar funciones muy diversas con un

snio equipo (hardware estndar) y mbiando nicamente un programa l'tware).

Atendiendo a este criterio podemos . sificar los sistemas de control en dos ^-ndes grupos:

Sistemas cableados (poco adaptables).

Sistemas programables (muy adaptables).

Los primeros realizan una (uncin . e control tija, que depende de los

capnenles que lo forman y de la for- en que se han nlerconectado. Por

>nto. la nica forma de alterar la fun- . n de control es modificando sus . imponentes o la forma de interco- - ciarlos.

Los sistemas programables, en cam- 'lo. pueden realizar distintas funciones je control sin alterar su configuracin sica, sino slo cambiando el programa

de control.Tratndose aqu de un texto sobre

.utmatas programables, estas defini- . iones deben matizarse algo ms, pues-

que, estrictamente hablando, cualquier equipo basado en un micropro- .esador es en principio programable, -ero para ello se requiere personal alimente especializado y equipos de de

-arrollo de cierta complejidad. En de- ' nitiva, del atributo programable se veneficia en este caso el fabricante del equipo, para el cual supone que con un nardware estndar puede variar dentro Je ciertos lmites la funcin del equipo; pero normalmente no est en la mano del usuario el poder alterar sus funciones, por lo que para este ltimo el equipo es de programa fijo o adaptado a medida.

En el autmata, el atributo programable hay que interpretarlo como programable por el usuario, con lo cual ste obtiene los beneficios de un equipo multifuncin con un hardware fijo. La base sigue siendo un equipo con un microprocesador, al cual se ha incorporado un programa intrprete, capaz de alterar la funcin de transferencia salida/entrada en razn de un programa de usuario. En realidad, podramos decir que esta es la caracterstica

ms relevante que distingue al autmata programable de otros dispositivos o sistemas programables.

En las tablas 1.1 y 1.2 hemos resumido las caractersticas, ventajas e inconvenientes de los autmatas programables frente a los sistemas cableados y frente a los equipos de programa fijo o lgica a medida.

1.6. E L AUTMATA PRO GRAM ABLE

A lo largo de los primeros prrafos de introduccin hemos ido clasificando los sistemas de control segn diferentes criterios, al tiempo que bamos situando a los autmatas programables dentro de cada una de estas clasificaciones. Estamos, pues, en condiciones de dar una descripcin de lo que entendemos por autmata programable.

Desde el punto de vista de su papel dentro del sistema de control, se ha dicho que el autmata programable es la unidad de contra!, incluyendo total o parcialmente las interfaces con las seales de proceso. Por otro lado, se trata de un sistema con un hardware estndar. con capacidad de conexin directa a las seales de campo (niveles de tensin y corriente industriales, transduc-

lores y perifricos electrnicos) y programadle por el usuario.

Al conjunto de seales de consigna y de realimentacin que entran en el autmata se les denomina genricamente entradas y al conjunto de seales de control obtenidas salidas, pudiendo ser ambas analgicas o digitales.

El concepto de hardware estndar que venimos indicando para el autmata se complementa con el de nw- dularidad. entendiendo como tal el hecho de que este hardware est fragmentado en partes ntcreonectables que permiten configurar un sistema a la medida de las necesidades.

Asi pues, encontramos autmatas compactos que incluyen una unidad de control y un mnimo de entradas y salidas y luego tienen previstas una serie de unidades de expansin que les permiten llegar hasta 128 o 256 entradas/salidas. Para aplicaciones ms complejas se dispone de autmatas montados en rack con posibilidad hasta unas 2000 entradas/salidas controladas por una nica unidad central (CPU). La tabla 1.3 resume a grandes rasgos las caractersticas de los autmatas actuales desde el punto de vista de modu- laridad.

Existe tambin la posibilidad, en autmatas grandes, de eleccin entre va-

Tabla 1.1. Comparacin de sistemas cableados y sistemas programables.CARACTERSTICA SISTEMA

CABLEADOAUTMATA

PROGRAMAR!.E

Flexibilidad de adaptacin al proceso Baja Alta

Hardware estndar para distintas aplicaciones No S

Posibilidades de ampliacin Bajas Altas

Interconexiones y cableado exterior Mucho Poco

Tiempo de desarrollo del proyecto Largo Corlo

Posibilidades de modificacin Difcil Fcil

Mantenimiento Difcil Fcil

Herramientas para prueba No S

Stocks de mantenimiento Medios Bajos

Modificaciones sin parar el proceso (on line) No Si

Coste para pequeas series Alto Bajo

Estructuracin en bloques independientes Difcil Fcil

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CARACTERSTICA SISTEMA DE RELSLGICA A MEDIDA

AUTMATA PROGRAMABL E

Volumen Alto Bajo Bajo

Consumo Alto Bajo Bajo

Velocidad Baja Alta Media

Interconexin de vanos procesos Difcil Difcil Fcil

Desgaste Alto Bajo Bajo

Robustez Alta Baja Baja

Ampliacin Difcil Muy difcil Fcil

Flexibilidad Poca Nula Alta

Coste por variable interna Alto Medio Bajo

Coste para F/S > 15Pequeas series Alto Medio BajoGrandes series Alto Bajo Medio

Personal de mantenimiento especializado Poco Mucho Medio

Stocks de mantenimiento Bajos Altos Medios

F Lgica combinaciortal S i Si SiU Lgica secuencial Limitada Si SiN Instrucciones aritmticas No Si SiC Reguladores No Si Si1 Textos No Si Si0 Grficos No Si SiN Comunicaciones No Si SE Toma decisiones Bajo nivel Si SiS Software estndar No No S

Tabla 1.2. Comparacin de sistemas Inicos a medida j' sistemas programablcs por el usuario.

Tahla 1.3. Caractersticas de los autmatas atendiendo a su nwdularidad.

AUTMATAS COMPACTOSM O D ULARES

CPU UNICA VAR IAS CPU

N U M ER O D E CPU 1 Central 1 Central 1 Central + -v Dedicadas

N" F .N TR A D A S/SA LID A S 8 a 25t> 128 a 1024 > 1024

JU E G O IN ST R U C C IO N ES < 100 < 100 > 100

PA SO S D E PR O G R A M A < 2000 < 2000 2000 a 40.000

U N ID A D E S EX PA N S I N Digitales + Analgicas

Digitales + Analgicas

Digitales + Analgicas + Reguladores

FU N C IO N F.N R ED Esclavo Esclavo Maestro o Esclavo

ros tipos de CPU. adaptados a la tarea que deba realizarse o incluso de mltiples CPU trabajando en paralelo en tareas distintas.

Asi. las posibilidades de eleccin, tanto en capacidad de proceso como en nmero de entradas/salidas, son muy amplias y esto permite afirmar que se dispone siempre de un hardware estndar adaptado a cualquier necesidad.

Esta adaptabilidad ha progresado ltimamente hacia el concepto de inteligencia distribuida, gracias a las comunicaciones entre autmatas y a las redes autmata-ordenador. Esta tcnica sustituye el gran autmata, con muchas entradas/salidas controladas por una nica CPU, por varios autmatas, con un nmero menor de E/S, conectados en red y controlando cada punto o seccin de una planta bajo el control de una CPU central. La tabla 1.4 muestra un resumen de las caractersticas comparadas de ambos sistemas.

1.7. CONTROL POR ORDENADOR

Algunos procesos complejos requieren sistemas de control con una gran capacidad de clculo, conexin a estaciones grficas, mltiples canales de comunicacin, facilidad de adaptacin, capacidad de multiproceso, etc. Para ellos se han venido utilizando miniordenadores a los que se han adaptado interfaces especficas para la planta a controlar.

Actualmente esta solucin no est descartada, pero resulta econmicamente cara y poco estndar, sobre todo por el hecho de que el ordenador no suele disponer de interfaces adecuadas para recoger y enviar las seales de planta.

Hay que considerar, adems, que la frontera entre un autmata de gama alta y un ordenador es cada vez ms difusa, ya que dichos autmatas incorporan funciones de clculo potentes, capacidad de programacin en alto nivel, herramientas de gestin de la produccin, etc., y, por otro lado, permiten fcilmente comunicarse entre si o con un ordenador central.

Asi pues, la tendencia actual en el control de procesos complejos es utilizar los autmatas en red o como perifricos de un ordenador, con lo cual

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INTRODUCCIN ALCONTROL INDUSTRIAL

CARACTERSTICA AUTOMATAUNICOINTELIGENCIADISTRIBUIDA

."acidad de procesamiento Buena Optima

: facturacin en bloques Buena ptima

calidad de mantenimiento Buena ptima

macenajes de manlenimienlo Altas Menores

-ponibilidad del sistema frente a averias locales Baja Alta

lOleado Grande Reducido

Jularidad Poea Mucha

.sie de la instalacin ptimo Bueno

sibilidades de modificacin y ampliacin Buenas ptimas

.eso a recursos compartidos Rpido Ms lento

: ipide/ de procesamiento Buena ptima

'- J 14. Comparacin de sistemas con inteligencia distribuida frente aI autmata nico.

- ombinan la potencia de clculo del- .mador y la facilidad de interfaces

.ndar que ofrece el autmata. El sis-~ j de control resultante de esta com-

- "acin ofrece las siguientes presta-_ nes:

'istema programable con una gran otencia de clculo.

irn cantidad de software estndar rara manipulacin de datos y gestin Je la produccin.

nterfaces estndar de ordenador rara estaciones grficas, utilizadas para monitorizar el proceso.

Control descentralizado con inteligencia distribuida, sin interrumpir todo el proceso cuando hay fallos del control central.

Sistemas de comunicacin estndar LAN o W AN .

Facilidad de interfaz con la planta, Mantenimiento fcil por secciones. Disponibilidad de herramientas de

est y mantenimiento. Posibilidad de visualizar el proceso

en tiempo real. Programacin fcil a nivel de seccio

nes. Flexibilidad para realizar cambios.

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1.8. R ESU M EN

A lo largo del capitulo hemos presentado un breve resumen histrico de la evolucin de los sistemas de control industrial y hemos dado una serie de definiciones y cuadros comparativos que permiten situar la temtica de este texto. Como resumen de todo ello cabe destacar la enorme transformacin que ha sufrido el control industrial en las ltimas dcadas.

La aparicin de nuevas tecnologas, sobre todo en los campos de la electrnica. informtica y comunicaciones, constituyen un constante motor en el desarrollo y sofisticacin de los sistemas automticos de control, provocando profundos cambios en la concepcin y diseo de los procesos y en sus mtodos de control.

Sin duda, podemos afirmar que los avances tecnolgicos de las ltimas dcadas, en este campo, han superado con creces a los progresos que la humanidad haba conseguido a lo largo de siglos. Dichos cambios son tan profundos y se suceden con tal rapidez, que incluso para los especialistas en ingeniera de control requieren un continuo

replanteamienlo de los mtodos de diseo empleados, a medida que se encuentran disponibles nuevos equipos y se amplan las posibilidades de interconexin entre ellos.

En concreto, a nivel de unidad de control, la disponibilidad de autmatas programables, con una configuracin adaptable prcticamente a cualquier necesidad y tamao de instalacin, hace que haya quedado descartado el empico de sistemas lgicos o analgicos dedicados a funciones especificas. Esta evolucin es fruto de la aparicin de los circuitos integrados programables de uso general (microprocesadores. PLD, circuitos semipersonalizados y AS1C), que ofrecen un hardware estndar uti- lizable para una gran diversidad de aplicaciones.

La complejidad del sistema de control alcanzable con los autmatas, hace que sea imprescindible el empleo de mtodos de diseo sistemticos, frente al mtodo casi intuitivo que se vena empleando en el diseo con rels. El propsito de esta primera parte del texto es el de presentar dichos mtodos sistemticos, aprovechando las funciones y posibilidades que ponen a nuestra disposicin los autmatas frente a los sistemas clsicos empleados hace unas dcadas. Como ejemplo, haremos especial hincapi en el diseo mediante los denominados Grficos Funcionales de Control de Etapas y Transiciones (G R A FC ET ), que permiten una gran sencillez en el proyecto y explotacin de automatismos secuenciales.

1.9. REFEREN C IA S

|l) Mayol. Albcrt Autmatas Programables. Coleccin Produclica, nnt. 3. Marcomho. S.A (1987).

|2| Michel. G Autmatas Programables Industriales: Arquitectura y aplicaciones. Marcom-bo. S A (1990).

2. DISEO DE AUTOMATISMOS LGICOS2.1. INTRODUCCIN

La creciente complejidad de los procesos y la disponibilidad de controladores ms potentes y con mayor nmero de funciones, obligan a replantearse los mtodos de diseo de los sistemas de control.

Tradicionalmente, los automatismos a base de rels han sido diseados con mtodos intuitivos a base de ensayo y error, mtodos que se han seguido empleando en los autmatas programa- bles, debido quizs a que muchos de ellos eran y siguen siendo programa- bles a base de dibujar un esquema de contactos. Sin embargo, la disponibilidad de estos y otros sistemas digitales ms potentes, con bloques funcionales ms complejos que un simple rel (registros de desplazamiento, contadores bidireccionales, comparadores, etc.) obliga al empleo de mtodos de diseo ms globales y sistemticos. F.n definitiva, ms adaptados a las nuevas tecnologas. Muchas de las variables y funciones que se manejan en los autmatas, por ejemplo, no son siquiera re- presentables en un esquema clsico de rels.

Por otro lado, en un mismo automatismo coexisten elementos de tipo electromecnico, neumtico, hidruli

co, electrnico, etc., y esto hace necesario utilizar modelos y herramientas de diseo que permitan una representacin y tratamiento comn de todos ellos para poder hacer un estudio global del sistema de control y la planta.

La clave de un mtodo de diseo sistemtico y que permita un tratamiento global del sistema, est precisamente en interesarse por los estados posibles de cada componente o bloque ms que por su naturaleza fsica. Aun asi cabe distinguir distintos tipos de bloques, que tendrn un tratamiento con mtodos especficos tal como se ndica a continuacin.

Un componente o bloque del cual nos interesa slo distinguir dos estados posibles lo trataremos como un subsistema Inico. Por ejemplo, un interruptor abierto o cerrado, un circuito que conduce o no conduce, un motor en marcha o parado, una presin o temperatura mayor o menor que un limite, etc. Se suele identificar el estado de un componente lgico con una variable Inica representada matemticamente por un 6/7, que toma slo los valores 1 y 0.

Por otro lado, un componente o bloque en el que interese distinguir varios estados posibles lo trataremos como subsistema ilinital. siempre que el n

mero de estados posibles sea finito y. por tanto, numerable. Este conjunto de estados se representa por una variable numrica y cada estado viene representado por un nrupo le bits.

Finalmente, quedaran los componentes analnicos, en los que tericamente habra que distinguir infinitos estados posibles. Sin embargo, muchos sistemas de control utilizan actualmente mtodos numricos para el tratamiento de magnitudes analgicas, truncando su valor a un nmero limitado de cifras decimales (dependiendo de la resolucin deseada) y, por tanto, limitndose a tratar un nmero finito de estados. De esta forma, las magnitudes analgicas pueden ser tratadas mediante sistemas de control digitales. Los autmatas programables son un buen ejemplo de ello, ya que mediante convertidores analgico/digitales suelen convertir las magnitudes analgicas en valores numricos y, as, podemos decir que se trata de un sistema digital que procesa magnitudes analgicas, con un cierto grado de resolucin.

La tabla 2.1 presenta de forma esquemtica la divisin de los sistemas segn el tipo de variables e indica cules son las herramientas de diseo empleadas en el supuesto de utilizar controladores de tipo lgico-digital.

Tabla 2.1. Modelos pura tratamiento genrico de automatismos.SISTEMAS

AUTOMATICOSPARTES TIPOS MODELO VARIABLES ('T ILES DE

DISEO

S IST EM AD E

C O N TRO L

+

A C C IO N A M IEN T O S

+

PLA N T A

C O M P O N EN ! ES 0

B LO Q U ES

TODO 0 N A D A 2 EST A D O S

L G IC A S T IPO B IT

1 o 0

FU N C . L G IC A S G R A F C E T

A N A LO G IC O SN U M ER IC O S

N. F IN IT O D E EST A D O S

N U M E R IC A S T IPO

R EG IST R O (B IN A R IO ,

BCD. A SC II)

FU N C . L G IC A S G R A F C E T

O P A R IM F T IC A S T EX T O S

F T R A N S F E R E N C IA T R A N S F LA P l.A C E

T R A N S E Z

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DISEO D I AUTOMATISMOSLGICOS

En este captulo presentaremos los mtodos de diseo especficos para sistemas lgicos y en el siguiente trataremos de los sistemas en que intervienen variables numricas. Los primeros se disean con mtodos basados en el lgebra de Boole y requieren un cierto conocimiento del sistema de numeracin binario y de las operaciones con bits y registros, l iemos considerado que sobre estos temas bsicos existe una bibliografa suficientemente amplia y detallada y. por tanto, en este texto nos limitaremos a dar unos resmenes en ios anexos I y 2, remitiendo al lector a las referencias [1] y [2), por ejemplo, para ms detalles sobre dichos lemas.

2.2. M O D ELO S Y FU N C IO N ES DE TRANSFERENCIA

En el apartado anterior hemos indicado ya la necesidad de mtodos sis-

Figura 2. I. Modelos de sistemas lgicos.

a) Modelo psqema de relesob) Modelo con puertas lgicas

LOD A AND B LODN C CRN D AND E OR LOD OUT 5

AHl

BI I

SI H

c) Modelos con lista de instrucciones o diagrama de contactos utilizado en autmatas

5 - A B + (C + D) E

d) Modelo matemtico mediante funcin lgica

V1

COMPONENTE

V = 0,1V

X C

0 - Nivel h1 - N i v e l > h

0 - C au d a l = 01 Cauda* > 0

VARIABLES NUMERICAS

Ve n.iv 1 - 5 A

V -- * x % * i v )

tQn- * * * 1*1

P 1 : x x * x ( b a r ) P J z x x x x (b a r >

n = x x x x (r p.rn ) M r - x x * * ( n v k g )

T : n n ( 0 C )

N iv e l = x x x x ( m ^ )h s x x * x ( m )

Q z * * * ( f n } /h l

Figura 2.2. Variables lgicas y numricas.

temticos y herramientas de diseo que permitan un estudio global de los sistemas de control, con cierta independencia de su naturaleza fisica. Dichos mtodos se basan en el empleo de modelos, entendiendo como tal cualquier tipo de representacin de tipo matemtico o grfico, que permita deducir el comportamiento del sistema ante unas condiciones de entrada determinadas.

As, por ejemplo, los esquemas de rels o los esquemas lgicos a base de puertas son modelos grficos de los sistemas que representan, en tanto que permiten predecir el comportamiento de los mismos. De la misma manera, la funcin o funciones lgicas que relacionan las entradas con las salidas del mismo sistema constituyen un modelo matemtico de ste. Extrapolando el criterio podramos decir que el programa de un autmata es un modelo del sistema de control que implementa, ya

que define perfectamente su comportamiento. La figura 2.1 muestra, a titulo de ejemplo, algunos modelos habitualmente empleados en el campo de la automatizacin con tecnologa elctrica o electrnica.

El concepto de modelo no es exclusivo de los sistemas lgicos; en el prximo captulo trataremos con modelos de sistemas digitales o incluso de bloques analgicos. Por ejemplo, las expresiones matemticas que relacionan el par y la velocidad de un motor con la tensin y la corriente permiten obtener un modelo del comportamiento del motor.

Debemos aclarar que el modelo no depende estrictamente del componente o sistema, sino de lo que deseemos observar del mismo. Como ejemplo, la figura 2.2 representa una serie de componentes y algunas de las variables en las que podemos centrar nuestro Inters; en unos casos se trata de varia-

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AUTMATASPftOORAMABLKS

bles lgicas, representadas por 0 y I y en otros casos de variables numricas, representadas en sistema de numeracin decimal, binario, hexadecimal u otro. As, por ejemplo, en el caso del motor, nos puede interesar simplemente si est en marcha o parado, lo cual se representara por una variable lgica, o podemos estar interesados en conocer su velocidad y su par y entonces debemos utilizar variables numricas para representar estas magnitudes.

En un mismo sistema pueden mezclarse, y de hecho es comn que asi suceda, variables de tipo lgico y de tipo numrico. An ms, existen operaciones con variables numricas que pueden dar como resultado una variable lgica, como es el caso de las operaciones de comparacin (> , ;> , etc.). Como ejemplo, en la figura 2.3 hemos representado un sistema completo de control de rumbo, donde se mezclan variables de distintos tipos. El estudio de tales sistemas se har dividindolos en subsistemas o bloques ms simples y tratando cada parte con el modelo y los mtodos de diseo que les corresponda.

F.I diseo sistemtico, en contraposicin a los mtodos ms o menos intuitivos, pasa casi siempre por establecer un modelo de tipo matemtico y unas reglas de operacin que no admitan ambigedades. Por otro lado, la forma de hacer un tratamiento genrico de todas las partes de un sistema, cualesquiera que sean sus componentes y la tecnologa empleada, se basa en los siguientes principios:

a) Dividir el sistema en bloques. En un primer estudio, estos bloques pueden ser muy globales y posteriormente, cuando se avanza en el estudio, pueden ser divididos a su vez en bloques ms elementales, hasta llegar al nivel de componentes.

b) De cada bloque nos interesan slo las magnitudes de entrada y las magnitudes de salida.

c) Cada magnitud de entrada o salida se representar por una variable. Estas variables podrn ser de tipo lgico o numrico, segn la propiedad que interese observar.

d) Hallar, para cada bloque, la funcin que relaciona las variables de entrada y de salida, denominada /'uncin

(le transferencia, Dichas funciones podrn ser de tipo Inico, algebraico o numrico, segn la naturaleza del bloque que representen,

e) A todos los efectos, dos bloques que tengan funciones de transferencia idnticas se considerarn idnticos, con independencia de los componentes que los formen e incluso de la tecnologa empleada en su im- plementacin.

Una vez establecidos estos principios fundamentales, podemos planteamos

el estudio del sistema de control desde dos puntos de vista: el anlisis y la sntesis.

El anlisis parte de un sistema previamente construido y pretende predecir su comportamiento o, lo que es lo mismo, pretende obtener sus salidas, conocido su estado inicial y las entradas. El proceso a seguir, segn se ilustra en la figura 2.5, consta de los siguientes pasos:

Identificar los componentes. Conocer para cada uno el modelo de

Finura 2.3. Sistema de control con magnitudes y variables de distintos tipos.

COMPONENTEENTRADA SALIDA MODELO

m a g n it u d TIPO MAGNITUD T IPO MAGNITUD TIPO DE VA R IA BLES

BU Q U E Rumbodeseado Analg icoRum boseguido Analgico s NUM RICAS

CAPTADORMAGNTICO

Orientacin Analgico Tensin Analg ico c < 2 . Vp N UM RICAS

SELECTOR DE RUMBO

Botnmando Anolgico Tensin Analg ico CK, Vr N U M R IC A S

c o m p a r a d o r

>oc> Analgico Tensin Lgico Va > Vf 1 Vp > VR 0 NUM RICAS-LGICAS

A V Lgico C o n ta c toLgico C e rrad o 1

A b ierto 0LOGICAS

B -V Lgico Contacto

EIECTROVLVUIAS Tensin Log ico P res i n Lgico P re s i n + P re s i n

LGICA5

CILINDRO Presin Lgico Desplazamiento Analg icoPo s ic i nmbolo

LGICAS-NUM RICAS

TIMN Posic in Analg ico Rumboseguido Analg ico 0 o< 2 N U M R IC A S

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DISKO D I AUTOMATISMOSLGICOS

M ODELO

-

I HSUBSISTEM AS

- - i c e - ' C23

X< - X2 -

Xn '

TABLAS DE VERDADr.o Atmc. p.c c 11 icxir i aUnArv) j ww r LUCINLIAr~i iMriZMICC MCEUNCINth DE

t r a n s f e r e n c ia

Ye n t r a d a s

y, =f ix ,)

S i - f ( E l )

PREDICCIN DEL COMPORTAMIENTO

Figura 2.S. Anlisis de un sistema.

comportamiento (funcin de transferencia).

Identificar las entradas del sistema. Determinar las salidas de cada uno

de los componentes, segn sus funciones de transferencia y las interconexiones entre ellos.

La sntesis plantea el problema a la inversa, es decir, se parte del comportamiento deseado de un sistema (especificaciones), generalmente indicando la respuesta ante determinadas condiciones de entrada y se pretende disear o construir un sistema que obedezca a dicho comportamiento. El proceso sera el siguiente:

resultar de una sntesis no es nico, ya que posiblemente existirn multitud de combinaciones de componentes que en su conjunto den como resultado la funcin de transferencia deseada. Como consecuencia, aun basando la sntesis en mtodos sistemticos, existir siempre una cierta indeterminacin que deber resolverse mediante criterios de tipo tecnolgico o econmico. Es en este punto precisamente donde la mquina programable puede aportar enormes ventajas, ya que se trata de un componente con una configuracin fsica (hardware) estndar en el que podemos elegir la funcin de transferencia mediante el software.

2.3. AUTO M ATISM O S C O M BIN A C IO N A LES Y SECUENC1ALES

Los sistemas o bloques lgicos podemos dividirlos en dos grandes categoras: combinacionales y secucncialcs.

Un sistema o bloque cnmbinacional es aquel cuyas salidas dependen nicamente del estado de sus entradas, con total independencia de cul sea el estado inicial de partida. Esta definicin lleva implcito que la funcin o funciones de transferencia del sistema son simplemente funciones lgicas que relacionan las salidas con las entradas mediante combinacin Je los operadores Y, O y NO. El nombre combi- nacional se deriva precisamente del hecho que las variables de salida dependen exclusivamente de la combinacin de variables de entrada que se aplique.

Un sistema secuencia/, en cambio, es aquel cuyas salidas dependen de las variables de entrada y del propio estado inicial del sistema. Si tenemos en cuenta que cualquier estado puede ser tomado como estado inicial, se desprende que el sistema ha de ser capaz de memorizar todos y cada uno de los estados posibles. Dichos estados se me- morizan mediante variables internas denominadas variables de estado. La denominacin de sistema secuencial se debe precisamente a que el valor de las salidas depende de los estados de las entradas y de la secuencia anterior de estados en dichas entradas.

Como ejemplo de sistema secuencial tomemos el circuito de la figura 2.7 y supongamos que se le aplica la siguiente sucesin de seales de entrada, partiendo del estado inicial A = 0, B = 0. S = 0:

Dar la especificacin del sistema, indicando las salidas deseadas ante determinadas condiciones iniciales y entradas.Traducir dicha especificacin a una funcin de transferencia global del sistema completo.Elegir componentes de funcin de transferencia conocida o programa- ble y obtener la funcin de transferencia deseada.

Obsrvese que el sistema que puede

Figura 2.6. Sntesis de un sistema.

ESPECIFICACIONES S N T E S ISELECCIN DE

COMPONENTES

FUN C IO N ES DE TRANSFERENCIA

S i= f Yi s f < X . )

COMBINACIN DE FUNCIONES DE

T R A N SFER EN C IAHARDWARE Y

SOFTWARE DEL SISTEM A

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1) A = 1. B = 02) A = 0, B = 03) A = 0, B = I4) A = 0, B = 0

La tabla de la figura 2.7 muestra la evolucin de la salida del sistema y en ella puede observarse que para combinaciones idnticas de entradas, A = 0. B = 0 por ejemplo, se tiene distinta salida, en concreto en el paso 2 se tiene S = 1 y en el paso 4 se tiene S = 0, a igualdad de entradas. Vemos, pues, que la salida no depende slo de las entradas sino de la evolucin anterior o, si se quiere, del estado inicial de partida.

Desde un punto de vista estructural, los sistemas secuenciales estn formados por interconexin de bloques com- binacionales, pero aparece en ellos un elemento nuevo, una variable interna que se introduce nuevamente como entrada (la variable interna Y en el caso de la figura 2.7). Este tipo de variables internas hace que la respuesta del sistema ya no dependa exclusivamente de

las entradas, sino que dependa tambin del estado interno, por lo cual se suelen llamar variables de estado. La figura 2.8 muestra la estructura ms general de un sistema secuencial, que se conoce como estructura de Meuiy.

Desde el punto de vista del modelo matemtico, la funcin o funciones de transferencia de un sistema secuencial siguen siendo funciones lgicas, pero contienen variables internas que guardan memoria del estado del sistema o, si se quiere, de su evolucin anterior. Precisamente este tipo de variables internas son las que marcan la diferencia entre un sistema combinacional y un sistema secuencial. En el primero hemos dicho que la funcin de transferencia relacionaba salidas con entradas con los operadores Y, O y NO, en los secuenciales las salidas y las entradas estn relacionadas por los operadores Y, O, NO y MEMORIA. De hecho, los nombres de los operadores para la funcin memoria suelen llamarse 57'(memorizar un I)

y R ESET (memori/ar un 0). Obsrvese que, en el ejemplo de la figura 2.7. hacen falta dos funciones lgicas para definir la funcin de transferencia n una nica funcin de tipo implcito, donde la salida aparece tambin en el segundo miembro.

Hay que sealar tambin que la tabla incluida en la figura 2.7 no es propiamente una tabla de la verdad, sino una tabla de evolucin de estados La diferencia entre ambas es que en una tabla de verdad podemos deducir el estado de la salida sin ms que elegir la fila correspondiente a la combinacin de entradas. En cambio, en una tabla de evolucin se indica una sucesin de estados en que cada fila tiene como estado inicial la fila anterior.

Cabe preguntarse qu implica la existencia del nuevo operador que hemos llamado memoria, desde un punto de vista tecnolgico?; pues bien, esto quiere decir que para poder construir sistemas secuenciales con una determinada tecnologa debe disponerse en ella de una clula bsica de memoria, capaz de ejecutar esta operacin. A esta clula bsica de memoria se le suele llamar tambin biesiable y suele estar formada por dispositivos lgicos com- binacionales, inlerconectados de forma que exista un enclavamiento interno entre ellos. La propia figura 2.7 constituye un ejemplo de biestable construido a base de dos puertas lgicas NO-O. Obsrvese que el biestable es un elemento con dos entradas llamadas SET y R ESET y con una salida. Podemos encontrar tambin un ejemplo de biestable, en el caso de los rels, con el esquema clsico de un paro-marcha como el que muestra la figura 2.9.

Debemos pues replantear cul es la estructura bsica de un bloque lgico dentro de un sistema de control. Hasta ahora habamos considerado cada bloque como una caja en la que introducamos entradas y obtenamos salidas. Despus de lo dicho para los sistemas secuenciales deberemos aadir un nuevo tipo de variables, las variables internas de estado.

El concepto de variable interna es importante en el mundo de los autmatas programables y se refiere de forma general a variables que no tienen conexin con el exterior. Existe tambin un paralelismo en los automatis-

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DISEO DK AUTOMATISMOS LOICOS

' i I V i f W "i . 4 L

- s con contactos con aquellos rels .ue no tienen interconexin con in-

'ruptores o pulsadores de mando ni . m accionamientos externos. Sin em-- -go. no debe confundirse el concepto

de variable interna de un automatismo con el de variable de estado que hemos definido en los sistemas secuenciales. La figura 2.10 muestra un esquema con los distintos tipos de variables que in

tervienen en un sistema y, a continuacin, se dan las definiciones.

Las entradas de un bloque son variables independientes, es decir, su estado varia de acuerdo a unas condiciones u rdenes externas, no controladas por el propio bl