Dr. PEDRO CORDOVA MENDOZA

ICA-PERU

CURSO:

INSTRUMENTACION Y CONTROL DE

PROCESOS AMBIENTALES

17 de Abril del 2013

TEMA:

CONTROLADORES

1

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA

FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL Y SANITARIA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL Y

SANITARIA

17/04/2013

217/04/2013

La mitad de la belleza

depende del paisaje y la otra

mitad del hombre que

la mira

Función del Controlador

3

Función: Procesamiento y análisis de la

información proveniente del proceso para tomar

una decisión que luego enviará en forma de señal

eléctrica al actuador a través del mando de

potencia

Unidad de

Control

(CONTROLADOR)

Interfaz

de

entrada

Interfaz

de

salida

del procesoal proceso

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Interfaces de entrada y salida

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Interfaz de Entrada

Recibe la señal eléctrica del sensor (a través del

acondicionador), y la procesa para que el CONTROLADOR

pueda manejarla. Convierte la(s) señal(es) en valor

numérico

Recibe el código numérico del controlador y lo procesa

para generar la señal que gobernará el ACTUADOR, a

través del mando de potencia.

Interfaz de Salida

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Interfaces de entrada y salida

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Señal A/DInterfaz de

entrada

Controlador

(Programa,

Algoritmo)

Borneras/Conectores Interfaces Controlador

Señal A/DInterfaz de

salida

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Arquitectura básica del Controlador

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MEMORIA

PROCESADOR

BUS DE DIRECCIONES

BUS DE DATOS

BUS DE CONTROL

DISPOSITIVOS DE

ENTRADA/SALIDA

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Tipos de controladores

• Sistemas de control distribuido (DCS)

• Controlador lógico programable (PLC)

• Computador personal (PC)

• Controladores para Automatizacion de procesos

(PACs)

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Sistemas de control distribuido (DCS)

• Circuitos electrónicos o módulos dedicados especiales para temperatura, presión, flujo, nivel, ...)

• Algoritmos de control (PID)

• La programación es por bloques de función

• Entradas y salidas (pocas)

Modernos:

– Comunicaciones e integración

– + E/S

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Controlador Interfaces E/S

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DCS con comunicación

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Controlador lógico programable (PLC)

• Introducción en 1960 para

reemplazar los sistemas de

control electromecánico

basado en relés y

contactores (vida corta,

menos confiables, alta

complejidad de diseño y

costo de mantenimiento)

• Bedford Associates:

MODICON (Modular

Digital Controler) para

fábrica de autos.

• Fácilmente (re)programables

• Largo tiempo de vida

• Flexible y fácil de adaptar

• Trabajo en ambientes hostiles

Evolucionan:

• Comunicaciones (1973: ModBus)

• Manejo de señales analógicas y digitales

• Programación por terminales (’85 PC)

• Hoy: Lenguajes Estándar IEC1131.(escalera, bloques, texto,...)

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Aplicaciones

• Máquinas automáticas (Ej. expendedoras de

gaseosas y golosinas)

• Señalización y control

• Sistemas de seguridad

• Controles de ascensores y equipos similares

• Control de Procesos manufactureros

• Control Procesos complejos

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Ventajas / desventajas

• Ventajas:

– Menor tiempo (diseño e

implementación)

– Fácil modificación

– Mínimo espacio

– Menor costo de M.O.

– Mantenimiento

económico

– Posibilidad de control

múltiple (con el mismo

PLC)

• Desventajas:

– Tecnología cambia

rápidamente

– Servicio especializado

– Costo (relativo)

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Estructura externa• Compacta

– Todos los elementos en un solo bloque

• Modular : Modulos en Chasis

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Estructura externa

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Fuente

de poder PLCI/O

mixtoMódulos I/O + otros

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Vistas

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GE - Series 90

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Estructura

• Básicos:

– Fuente de alimentación

– Interfaz de entrada (A y/o D)

– Interfaz de salida (A y/o D)

– Controlador

• Adicionales

– Consola o terminal de programación (Hoy PCs)

– Interfaces de comunicaciones

– Interfaces inteligentes (Ej. Control de ejes de

motores)

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Programación

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Lenguajes de programación

de PLC según IEC 1131-3

Lenguajes

verbales

Lenguajes

gráficos

IL (lista de

instrucciones)ST (texto

estructurado)FBD (diagrama de

función de bloques)LD (diagrama

de escalera)

SFC (diagrama de

funciones secuenciales)

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Ejemplos: PLC ???

18

SattCon OP45

Cuatro funciones:

• PLC

• 8 Algoritmos de control

• Panel de operación

• Display

SattCon 05

• Contadores y timer

• PID

• Comunicaciones

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Computador Personal (PC)

• Aplicaciones:

– Casa

– Oficina

– Fábrica o Industria

– Diseño

– Educación

– Medicina

– etc.

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La (r)evolución del PC

• Ley exponencial de G.Moore: “El número detransistores se duplicacasi cada dos años”

• Comparación con avión de fuselaje ancho (B747) en los últimos 25 años:

– 3000 - 5000 US$

– 15 - 25 min

– 5 L

– 20000 pax.

2017/04/2013

Arquitectura básica del PC

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MEMORIA

PROCESADOR

BUS DE DIRECCIONES

BUS DE DATOS

BUS DE CONTROL

DISPOSITIVOS DE

ENTRADA/SALIDA

CONTADOR DE

PROGRAMA

REGISTRO DE

BANDERAS

REGISTRO DE

DATOS

ACCUMULADOR

UNIDAD

ARITMETICA Y

LOGICA

REGISTRO DE

INSTRUCCIONES

DECODIFICADOR

DE INSTRUCCIONES

CONTROL DEL

CPU

REGISTRO DE

DIRECCIONES

BUS DE

DIRECCIONES BUS DE

DATOS

BUS DE

CONTROL

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Partes del PC

• Microprocesador + Memoria

• Interfaces de control para dispositivos

(almacenamiento, teclado, pantalla,

Etc)

• Interfaces de E/S

• Interfaces de comunicaciones

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Adaptador

de video

Bus

PCI

Bus

ISA

Bus

IDE

Memoria

DRAM

Memoria

De Video

Puente sur

Puente Norte

Socket para

procesador

Memoria

Caché niv 217/04/2013

Memoria

• Almacenamiento de datos durante

el procesamiento.

– RAM : Temporalmente

– ROM : Sólo lectura

– PROM : Una sola grabación

– EPROM : Borrable y

reprogramable (UV)

– EEPROM : Borrable y

reprogramable (E)

• Alta velocidad

• Limitada capacidad

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Dispositivos de almacenamiento• Almacenamiento magnético (superficie

cubierta de sustancias ferromagnéticas)

– Diskettes (floppies) 360 KB – 1.44 MB

– Discos duros GB / TB

– Cintas (DAT) GB

• Almacenamiento óptico

– CD/R/RW: Lectura por reflexiónláser/ Escritura por procesosfotomecánicos, hasta 700 MB/80min.

– DVD/R: hasta 2 lados y 4 capas porlado, hasta 10 GB

• Magneto-óptico

– MOD 650 MB

– ZIP 100/250 MB

– LS-120 120 MB

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Dispositivos de E/S

• Relación con:

– Usuario

• Impresoras, plotter

• Pantalla o monitor

• Teclado y/o mouse

– Dispositivos dealmacenamiento

• Discos y cintas

– Procesos ycomunicaciones

• Puertos (serial yparalelo,USB)

• Tarjetas (DAC, red,módem, ...)

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Ejemplos: tarjetas A/D

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Señales A/D

Señales A/D

Conversión A/D/A

Contadores

Timing

Memoria

Programable

Procesamiento de

señales

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Limitaciones del PC

• Velocidad:

– Co-procesador

– Doble procesador

– 2/4/8… núcleos

– Acelerador de video

– Memoria (Interna,

Cache, RAM, …)

• Sistema operativo

– No siempre robusto

– Grande

• Ambiente hostil:

– Tolerancia a campos

electromagnéticos

– Hermeticidad

(diskettera, teclado,

pantalla)

– UPS, estabilizador

– Montaje en chasis

industrial

• Ambiente adecuado:

– Oficina

– Laboratorio

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Computador Industrial

2917/04/2013

PC: Usos

• Sala de Control

– Instrumentos

– Controladores

– Logging (adquisición, tratamiento, registro, presentación)

• Supervisión

– Ayuda al operador

– Adquisición y registro

– Alarmas (max. y min.)

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PC como controlador

• Mediante Puertos

– Serial (RS232, USB)

– Paralelo

• Mediante Tarjetas Incorporables

– Tarjetas Analógicas (ADC)

– Tarjetas Digitales (DDC)

– Mixtas

– Contadores

• “Soft-PLC” (emulación de PLC en software)

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PACs

• Robustez y confiabilidad del PLC

• Capacidades del software de la PC

• I/O modulares y variadas

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Introducción

• Los PACs son el resultado de la convergencia de

tecnologías (PC+ PLC + Soluciones a la medida):

Hardwar

e a

medida

PLCPC

PAC

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Multiples Disciplinas – Un solo ambientede software

Bits por Canal

1 bit

8 bits

16 bits

2.4 Mbits

1 Hz 1kHz 1MHzVelocidad de lazo

40 kHz

24 bits

Performance

De PC

Performance

de PLC

Performance de IC a medida

Covertura del SW PAC

Vision artificial

Circuito de control

a medida

Monitoreo de vibraciones

Discreto

Lotes

Procesos

Movimiento

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Herramientas para Prototipo

Procesador de tiempo real

(PowerPC y RTOS)I/O Reconfigurable (RIO)

FPGA

I/O Modulos

con

acondiciona

miento de

señal

Conectividad ADCAcondiciona

miento • Fuente DC con entradas redundantes

• 50 G

• – 40 to 70 °CR

eal-

Tim

e

Co

ntr

olle

r

I/O I/O I/O I/O I/O

PPC µC

FPGA

I/O Modules

Real-Time Target/PAC

Dentro del modulo

PCI

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Cargando el programa

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Comparación PC/PLC

Característica: PC PLC

– Memoria + –

– Almacenamiento + –

– Visualización + –

– Velocidad – +

– Costo ? ?

– Comunicaciones + -

3717/04/2013

Tenemos que cuidarlo esta en nuestras manos!!!!!!!

pcordovam@hotmail.com

Gracias

38

Cel. 956-04124317/04/2013