El documento describe conceptos básicos de automatización industrial como filosofía de sistemas de control, diseño de sistemas de automatización, métodos de programación, interfase con el operador e intercambio de información. Explica los componentes de un sistema de control como controlador, entrada, salida y set point. También cubre temas como tipos de controladores, controladores lógicos programables, sistemas de control distribuido y métodos de programación para PLC.

1. 1
Tecnología Automatizada
Industrial
Miller Ramos

2. AUTOMATIZACION
 Filosofía de los sistemas de control y su
arquitectura
 Diseño de sistemas de automatización
industrial
 Métodos de programación
 Interfase con el operador
 Intercambio de información con otros
sistemas
 Selección de equipo y programas
2

3. AUTOMATIZACION
 Realizar una actividad o proceso sin la
necesidad de una supervisión directa
3

4. AUTOMATIZACION
 Formar equipos y apuntar las ventajas de
automatizar un proceso
 Discutir las ventajas planteadas
 Ahora hacer una lista con las desventajas
 Enlistar lo que podría hacer que no funcione
la automatización realizada
4

5. AUTOMATIZACION
 Reducir la variabilidad de un proceso.
 Mejorar la productividad.
 Mejorar la calidad.
 Reducir los desperdicios.
 Evitar riesgos a operadores.
 Mejorar la seguridad del personal,
instalaciones y vecinos.
5

6. AUTOMATIZACION
 Controlador. Contiene el algoritmo de
control, se encarga de manejar la salida de
control para obtener el valor deseado.
 Entrada. Medición de la variables de
proceso que se quiere controlar, ésta señal
proviene del sensor instalado.
 Salida. Señal que actúa sobre el elemento
final de control.
 Set Point. Valor en que se desea mantener a
la variable de proceso.
6

7. AUTOMATIZACION
 La salida de control solo puede estar
encendida o apagada:
◦ ON-OFF
 La salida de control puede ser modulada en
valores desde 0 a 100%
◦ PID
7

8. AUTOMATIZACION
 Formar equipos y escribir la filosofía de
control del sistema descrito
 Definir las entradas y salidas del sistema
 ¿Cuáles serían las perturbaciones que podrían
afectar la operación del sistema?
8

9. AUTOMATIZACION
 Controles unilazo (una sola variable de
control).
 Controladores Lógicos Programables (PLC).
 Sistemas de Control Distribuido.
9

10. AUTOMATIZACION
 Sistemas que controlan una sóla variable
 Cuentan con pantalla para observar los
parámetros de operación
 Algunos cuentan con pantalla gráfica
 Cuentan con salidas de alarmas
10

11. AUTOMATIZACION
 Aplicables a diversos procesos
 Reprogramables
 Manejo eficiente de señales On/Off
 Aplicaciones pequeñas hasta grandes
 Modulares
11

12. AUTOMATIZACION
 Utilizados principalmente en procesos
contínuos
 Altamente confiables
 Manejo eficiente de señales analógicas
 Costosos, para aplicaciones grandes a muy
grandes
 Modulares
12

13. AUTOMATIZACION
 Lazo abierto
◦ El parámetro que se controla no se mide por el
sistema de control.
 Lazo cerrado
◦ El parámetro que se controla se mide y
retroalimenta al sistema de control.
13

14. AUTOMATIZACION
 ¿Qué parámetro (variable de proceso) se
quiere controlar?
 ¿Se puede medir directa o indirectamente
la variable de proceso?
 ¿Cómo se puede controlar la variable de
proceso?
◦ Dosificar
◦ Agitar
◦ Calentar
◦ Enfriar
◦ Posicionar
14

15. AUTOMATIZACION
 ¿Se quiere controlar dentro de un rango o
en un valor específico?
 ¿Se requiere observar el valor de la variable
de proceso?
 ¿Qué tipo de sensor es adecuado para la
aplicación específica?, ¿Se encuentra dentro
de nuestro presupuesto?
 ¿Qué tipo de actuador es adecuado para la
aplicación específica?, ¿Se encuentra dentro
de nuestro presupuesto?
15

16. AUTOMATIZACION
 ¿Se instalará como un control local o cómo
parte de un sistema de control de planta?
16

17. AUTOMATIZACION
 Cuál sería el mejor método para solucionar el
sistema que esta planteando su equipo y
porqué
17

18. AUTOMATIZACION
 La corriente fluye por un cable para llevar la
electricidad
 Se representa por una “I”
 La unidad de medida es el Amper (A ó Amp)
 En electrónica se utilizan normalmente
miliamperes (mA).
◦ 1 A = 1000 mA
◦ 0.1 A = 100 mA
18

19. AUTOMATIZACION
 El voltaje es el nivel de potencial en un punto
específico
 El voltaje se mide en Volts (V)
 Si un punto tiene 5V y otro 0V y se conecta
un cable entre ellos, entonces la corriente
fluirá desde el punto en 5V hacia el punto en
0V
 0V se conoce como Tierra (Ground)
19

20. AUTOMATIZACION
 El voltaje se transmite de dos formas:
◦ Corriente Directa (CD)
◦ Corriente Alterna (CA)
 En la CD el voltaje se mantiene siempre
constante
 En la CA el voltaje varía en forma senoidal
cruzando por cero y la frecuencia de la
onda se mide en Hertz (Hz)
20

21. AUTOMATIZACION
 La tierra es GND
 Tierra es donde no hay diferencia de
potencial con 0V
 Todos los dispositivos deben compartir la
misma tierra
 Aunque se utilizan fuentes de diferentes
voltajes todas deben compartir la misma
tierra
 Cuando se utilizan baterías (CD), el
negativo es la tierra
21

22. AUTOMATIZACION
 Es la cantidad de resistencia que encuentra la
electricidad
 La unidad de medida es el Ohm (Ω)
 Se utiliza la nomenclatura de K (kilo-1,000),
M (Mega-1,000,000)
4700 Ω = 4.7 KΩ
22

23.  Cuando un
circuito se
encuentra abierto
no puede fluir a
través de él la
energía eléctrica y
no sucede nada
23

24.  Un circuito
cerrado permite el
flujo eléctrico
entre los
elementos
 La corriente
circula y el foco se
enciende
24

25.  Cuando dos o más
elementos se unen
sin derivación
entre ellos
 En el ejemplo hay
tres luces en serie
conectados a la
batería
25

26.  Cuando dos o más
elementos se unen
con la misma
polaridad
 En el ejemplo hay
tres luces en
paralelo
conectados a la
batería
26

27. AUTOMATIZACION
 La ley de Ohm describe la relación que existe
entre corriente, voltaje y resistencia
V = I R
 Resolviendo para I y R obtenemos:
I = V / R R = V / I
27

28. Fuente de 12 VCD
LED
Corriente 200mA
 El voltaje de
alimentación es de 12
VCD
 La corriente que fluye
por el led es de 200mA
 Encontrar la resistencia
utilizando la fórmula
R = V / I
R = 12 / 0.2
R = 60 Ω
28

29. AUTOMATIZACION
 La potencia es la cantidad de energía que se
utiliza para operar un equipo
 La potencia se mide en Watts y se representa
por con la letra W ó P
P = V I ó P = I2 R
 Despejando para V y para I
V = P / I I = P / V
29

30. Fuente de 12 VCD
LED
Corriente 200mA
 El voltaje de
alimentación es de 12
VCD
 La corriente que fluye
por el led es de
200mA
 Encontrar la potencia
utilizando la fórmula
P = V I
P = 12 * 0.2
P = 2.4 W
30

31. Foco
100 Watts
120 VCA
 El voltaje de
alimentación es de
120 VCA
 La potencia del foco
es de 100 Watts
 Encontrar la corriente
utilizando la fórmula
I = P / V
I = 100 / 120
I = 0.83 A
31

32.  Las entradas son
las señales que
llegan al PLC
provenientes de
sensores
 Las salidas son
señales que salen
del PLC y van
hacia un actuador
PLC
Entrada Digital
Salida Digital
32

33. AUTOMATIZACION
 Selectores
 Botones
 Interruptores de límite
 Interruptores de proximidad
 Contacto auxiliar de motor (estado)
 Relevadores
 Encoders
33

34. AUTOMATIZACION
 Transductores de temperatura
 Transductores de presión
 Celdas de carga
 Transductores de humedad
 Transductores de flujo
 Potenciómetros
 Mediciones de PH, ORP, Conductividad
 Corriente, Voltaje
34

35. AUTOMATIZACION
 Relevadores de control
 Solenoides
 Arrancadores de motor
 Alarmas sonoras
 Indicadores
35

36. AUTOMATIZACION
 Válvulas de control
 Actuadores
 Variadores de velocidad
36

37. AUTOMATIZACION
 Lenguaje máquina
◦ Interruptores y botones
 Ensamblador
◦ Lenguaje máquina
◦ Programación con nemotécnicos
 Lenguajes de alto nivel (Fortran, C…)
◦ Brindan portabilidad
◦ Compiladores e interpretes
 Diagramas escalera (LD ó RLL)
◦ Esquemático orientado al control discreto
◦ Sin lógica para estrategia de control
 Herramientas CASE con diagramas de flujo
◦ Orientada a la aplicación
◦ Enfasis en productividad no en programación
37
1001110001010111
1110011101010100
MOV A,F4E8h
ADD A,B
JMP
for (i=1; i<10; i++)
printf (“hello/n”);

38. AUTOMATIZACION
 Reducir el ciclo de desarrollo
◦ Diseño, depuración, implementación, arranque
 Reducir el mantenimiento a largo plazo del Software
◦ Simplificar la documentación, cambios sencillos
 Mayor Apertura, Flexibilidad y Capacidad
◦ Integrar funciones, características y aplicaciones
 Integrar a todo el negocio
◦ Conectividad corporativa desde el piso de producción hasta
los sistemas administrativos
38

39. AUTOMATIZACION
 Una combinación de métodos de programación
◦ IL Lista de instrucciones
Instruction List
◦ ST-Texto estructurado
Structured Text
◦ FBD-Bloques de funciones
Function Blocks
◦ LD Diagramas escalera
Ladder Diagram
◦ SFC-Diagramas secuenciales
Sequential Function Charts
39

40. AUTOMATIZACION
 Las principales compañías de software han
desarrollado herrramientas amigables para reducir
el tiempo de desarrollo y arranque (tiempo al
mercado).
◦ Todos los fabricantes de software basado en diagramas
escalera estan buscando la manera de mejorar sus
herramientas de programación que fueron diseñadas
principalmente para control digital.
◦ Aún los fabricantes de software FBD y SFC han sido
forzados a modificar sus técnicas de programación para
mantenerse competitivos en el mercado.
◦ Los diagramas de flujo son utilizados por muchos
fabricantes de software como la herramienta de
configuración más sencilla de utilizar.
40

41. AUTOMATIZACION
41
Circuito
de entrada
CPU
Memoria
Circuito
de salida
Relevadores
de entrada
Relevadores
internos
Contadores
Timers
Relevadores
de salida
Área para
datos

42. AUTOMATIZACION
 Relevadores de entrada
(Entradas)
Están conectados físicamente a los dispositivos del
sistema. Reciben su señal de interruptores,
selectores o relevadores.
El tipo de señal que se recibe se conoce como
digital, es decir, solo pueden manejar dos estado
hay o no señal (ON-OFF).
El rango de voltaje que manejan depende del
modelo seleccionado.
42

43. AUTOMATIZACION
 Relevadores internos
Estos no se encuentran conectados físicamente ni
reciben señales. Son relevadores simulados dentro
del PLC que ayudan a construir la lógica de control
y permiten trabajar sin la necesidad de relevadores
externos.
El tipo de señal que se manejan se conoce como
digital, es decir, hay o no señal (ON-OFF). Se
siguen conociendo en algunos casos como señales
ON-OFF solo por los dos estados que pueden
tener.
43

44. AUTOMATIZACION
 Contadores
Estos tampoco existen físicamente. Son contadores
simulados que pueden ser programados para
contar pulsos. Normalmente estos contadores
tienen capacidad de contar hacia arriba, abajo y en
ambas direcciones.
44

45. AUTOMATIZACION
 Timers
No existen físicamente. La forma de trabajo y
resolución puede variar entre fabricantes. Se
utilizan para retardar el encendido o apagado de
una señal, ya sea física o interna. El tipo más
común es retardo encendido (on delay). Los
incrementos pueden variar de 1mseg a 1seg.
45

46. AUTOMATIZACION
 Relevadores de salida (Bobinas o
Salidas)
Están conectados físicamente al sistema. Envían
señales de encendido/apagado (On-Off) a
solenoides, luces, etc.
El tipo de salida varia de acuerdo a la construcción
física y la capacidad de manejo de voltaje y
corriente. Pueden ser transistores, relevadores o
triacs dependiendo del modelo seleccionado.
46

47. AUTOMATIZACION
 Área para datos
Esta es un lugar especial de la memoria dentro del
PLC organizado por registros asignados a
almacenar información. Se utilizan como
almacenamiento temporal para operaciones
matemáticas y manipulación de datos. También
pueden almacenar información importante de la
operación cuando se desconecta el PLC.
47

48. AUTOMATIZACION
48
Fase 1: Lectura de señales
Fase 2: Ejecución del programa
Fase 3: Escritura de señales
Fase 4: Memory Word Zero

49. AUTOMATIZACION
 Lectura de señales
El PLC lee cada entrada para determinar si
se encuentra apagada o encendida.
 Ejecución del programa
El PLC ejecuta nuestro programa una
instrucción a al vez. Una vez que ya conoce
el estado de las entradas se pueden tomar
decisiones en la lógica del programa y
almacenar el resultado para su posterior
uso.
49

50. AUTOMATIZACION
 Ejecución del programa
El PLC ejecuta el programa una instrucción a al vez.
Una vez que ya conoce el estado de las entradas se
pueden tomar decisiones en la lógica del programa
y almacenar el resultado para su posterior uso.
50

51. AUTOMATIZACION
 Escritura de señales
El PLC actualiza el estado de las salidas basado en
la información obtenida durante la ejecución del
programa.
51

52. AUTOMATIZACION
 Memory Word Zero
Aunque no es parte del ciclo de operación de
nuestro sistema de control, es una etapa que todo
PLC debe ejecutar para su operación interna y de
comunicación con equipos periféricos.
El PLC debe verificar la correcta operación de sus
partes, actualizar contadores, timers y ejecutar
funciones de comunicación.
52

53. AUTOMATIZACION
 El tiempo de muestreo o scan es el tiempo
que le toma al PLC ejecutar los pasos antes
mencionados. Del tiempo que tarde en la
ejecución de estos pasos dependerá la
velocidad a la que puede reaccionar a los
eventos que ocurran a su alrededor.
53

54. AUTOMATIZACION
54
In OutEjecución In OutEjecución InOut
SCAN 1
Muestreo 1
Off
On
SCAN 2
Muestreo 2
Señal de entrada

55. AUTOMATIZACION
55
In OutEjecución In OutEjecución InOut
SCAN 1
Muestreo 1
Off
On
SCAN 2
Muestreo 2
En el peor de los casos la señal de entrada debe
mantenerse al menos un tiempo de muestreo

56. AUTOMATIZACION
56
In OutEjecución In OutEjecución InOut
SCAN 1
Muestreo 1
SCAN 2
Muestreo 2
En el peor de los casos la señal de salida tarda en responder
a la entrada un tiempo de muestreo + Ejecución + Salida

57. AUTOMATIZACION
 Un diagrama de tiempo nos muestra de
manera gráfica lo que ocurre en nuestro
sistema con respecto al tiempo
57
Arranque
Paro
Motor

58. 58
Derecha
Izquierda
Motor
Arriba/abajo
PLC
Motor
Derecha/izquierda
Arriba
Abajo
Control de grúa viajera
Derecha/Izquierda y Arriba/Abajo

59. AUTOMATIZACION
59
Derecha
Izquierda
Arriba
Abajo
Derecha
Izquierda
Arriba
Abajo
ENTRADAS
SALIDAS

60. AUTOMATIZACION
 Se le conoce también como Binaria y se
utiliza de dos formas:
◦ Combinacional
◦ Secuencial
 Se le llama binaria porque tiene solo dos
valores posibles:
◦ Verdadero, 1 ó su respectiva señal de voltaje (5V)
◦ Falso, 0 ó su respectiva señal de voltaje (0V)
60

61. AUTOMATIZACION
 De acuerdo a la combinación de señales de
entrada se obtiene una salida.
 Siempre la misma combinación de entradas
resulta en la misma salida.
61

62. AUTOMATIZACION
 Son bloques con funciones lógicas
establecidas
 Por claridad se representan como funciones
con dos entradas y una sola salida
62

63.  El bloque lógico
más sencillo
 La señal de
entrada se invierte
 Si en la entrada
tenemos una señal
verdadera en la
salida habrá una
señal falsa
Entrada Salida
F V
V F
63

64.  Para que la salida
sea verdadera se
requiere que todas
las señales de
entrada sean
verdaderas
 Cualquier otra
combinación de
entradas arroja un
falso a la salida
X Y X*Y
F F F
F V F
V F F
V V V
64

65.  Para que la salida
sea verdadera se
requiere que al
menos una de las
señales de entrada
sean verdaderas
 Cuando todas las
entradas son
falsas la salida es
falsa
X Y X+Y
F F F
F V V
V F V
V V V
65

66. 66
Arranque
Paro
Motor
PLC
Encendido y paro de un motor desde una estación
De botones.

67. AUTOMATIZACION
67
Contacto de
entrada
Bobina o
contacto de
salida

68. AUTOMATIZACION
 Se requiere que cada entrada, sin importar el
elemento al que esté conectada, sea
identificada.
 Se requiere que cada salida, sin importar el
elemento sobre el que actúa, sea identificada.
 Toda bobina y contacto auxiliar debe ser
identificado.
68

69. AUTOMATIZACION
 No existe un estándar para identificar a las
señales de un PLC.
 Cada fabricante define la identificación de las
señales.
 Existen dos convenciones ampliamente
utilizadas una numérica y otra simbólica.
69

70. AUTOMATIZACION
X Y X * Y
F F F
F V F
V F F
V V V
X Y X + Y
F F F
F V V
V F V
V V V
70
AND OR

71. AUTOMATIZACION
71
% _ _ # . #
Tipo de Memoria
I : Entrada física
Q: Salida física
M: Memoria
Número de palabra
Número de bit (opcional)
Tamaño de memoria
X: Bit
B: Byte
W: Palabra
D: Doble palabra

72. 72
Arranque
Paro
Motor
PLC
Encendido y paro de un motor desde una estación
De botones.

73. 73
Derecha
Izquierda
Motor
Arriba/abajo
PLC
Motor
Derecha/izquierda
Arriba
Abajo
Control de grúa viajera
Derecha/Izquierda y Arriba/Abajo

74. AUTOMATIZACION
Entradas digitales
 Botón Derecha
 Botón Izquierda
 Botón Arriba
 Botón Abajo
Salidas Digitales
 Motor Derecha
 Motor Izquierda
 Motor Arriba
 Motor Abajo
74

75. Control para concursantes
 Después de que el
anfitrión termina la
pregunta:
◦ Los 3 concursantes
intentan ser los primeros
en presionar el botón
situado frente a ellos.
◦ La alarma sonará por 10
segundos después de que
un participante presione el
botón.
◦ La luz indicadora frente a
cada jugador se encenderá
hasta que sea apagada por
el anfitrión
75

76. AUTOMATIZACION
Entradas Digitales
 Botón jugador 1
 Botón jugador 2
 Botón jugador 3
 Botón del anfitrión
Salidas Digitales
 Indicador jugador 1
 Indicador jugador 2
 Indicador jugador 3
 Alarma
76

77. Control de linea
◦ Cuando se presiona el
botón de arranque la
banda de cajas se mueve.
◦ Cuando se detecta la caja,
la banda de cajas se
detiene y arranca la de
manzanas
◦ El sensor de manzanas
cuenta 10
◦ La banda de manzanas se
detiene y arranca la de
cajas
◦ El contador de manzanas
se detiene y la operación
se repite hasta que el
botón de paro se presione.
77

78. AUTOMATIZACION
Entradas Digitales
 Botón de arranque
 Botón de paro
 Sensor de cajas
 Sensor de
manzanas
Salidas Digitales
 Banda de cajas
 Banda de manzanas
78

79. Control de taladro
 Operación manual
◦ Cuando SW1 se enciende, el motor
se mueve hacia delante. Se detiene
con SW2. Cuando el taladro llega a
LS2, el motor se apaga.
◦ Cuando SW3 se enciende, el motor
se mueve en reversa. Se detiene
con SW2. Cuando el taladro llega a
LS1, el motor se apaga.
 Ciclo automático
◦ Cuando PB y LS1 estan
encendidos, el motor se mueve
hacia delante hasta que se active
LS2.
◦ Un circuito de tiempo (timer) inicia
una cuenta descendente. El motor
se mueve en reversa cuando el
timer llega a 2 segundos.
◦ Cuando llega a LS1 el ciclo se
repite.
79

80. AUTOMATIZACION
Entradas digitales
 Botón adelante
 Botón atrás
 Botón de paro
 Límite izquierdo
 Límite derecho
 Selector
manual/auto
Salidas digitales
 Indicador auto
 Indicador manual
 Indicador auto-
start
 Motor izquierdo
 Motor derecho
80

81. Control de llenado y vaciado de
tanque
 Cuando se presiona el botón de
arranque, la válvula de llenado
se enciende y el agua empieza a
llenar el tanque. Al mismo
tiempo el agitar inicia operación.
 Cuando el nivel de agua pasa el
sensor inferior y llega al
superior, la válvula de
alimentación se cierra y se
detiene el agitador.
 La válvula de drenaje se
energiza. Cuando el agua llega
al sensor inferior la válvula se
cierra.
 Cuando el ciclo se realiza cuatro
veces la operación se detiene, el
indicador de FIN se energiza y
no se reinicia la operación hasta
que se presione el botón de
arranque
81

82. Clasificación de partes
 En esta aplicación se
detectan productos
defectuosos y se retiran de
la banda transportadora
◦ El sensor PH1 se enciende
cuando aparece un producto
defectuoso en la banda
◦ El sensor PH2 genera un pulso
cada vez que pasa un
producto
◦ Cuando se detecta un
producto defectuoso se inicia
una cuenta hasta que el
producto llega a la posición
donde esta el pistón MV2
82

83. Control de movimientos de
robot
 El robot toma las piezas
de la banda
transportadora A y las
coloca en la B
◦ Cuando el botón de
arranque se presiona el
robot gira su brazo a favor
de las manecillas del reloj
◦ Cuando llega a la posición
en la banda A el brazo
toma la pieza
◦ Cuando el brazo toma la
pieza gira hacia la banda B
◦ Cuando llega a la posición
de B deja la pieza
83

84.  Nadie llega a
bachiller, sin
estudiar y
aprender.
(Anónimo)
84
Estudiar con esfuerzo y positivismo
trae consigo siempre buenas
recompensas.