Lab01 sistemas mecatronicos grp.b modulo 4

Mantenimiento De Maquinaria De Planta

CURSO
SISTEMAS MECATRONICOS INDUSTRIALES

LABORATORIO Nro. 01
ALUMNOS
GALLEGOS BENAVENTE, MIGUEL ANGEL D.
TICONA QUISPE, KEVIN
PROFESOR
Msc. NILTON ANCHAYHUA ARESTEGUI

VI CICLO
SEMESTRE 2013 -II


Nro. DD-106
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Tema :

Partes de un Sistema Mecatrónico, Sensores de Presión y Temperatura
Nota:
1.

Departamento de Mantenimiento de Maquinaria de Planta

Fecha:

Grupo
Lab. Nº

OBJETIVOS

1.

Conocer e identificar las partes de un sistema mecatrónico

2.

Identificar los tipos de sensores, de presión, temperatura

3.

Identificar los tipos de actuadores

4.

2.

Aplicar los sensores binarios de presión a determinados requerimientos operativos
industriales.
RECURSOS

1.

DISPOSITIVOS:
a.
b.

3.

Estación Mecatrónica Rexroth
Sensores y actuadores (Laboratorio E5)

SEGURIDAD EN LA EJECUCIÓN DEL LABORATORIO

Tener cuidado con el tipo y niveles de
voltaje que suministran a los equipos

Antes de utilizar los instrumentos
cerciorarse si son de entrada o de salida,
para no dañar los equipos

Tener cuidado en la conexión y en la
desconexión de los equipos utilizados

4.

PRECAUSIONES DE SEGURIDAD

1. Recuerde en todo momento que debe consultar las especificaciones técnicas de los dispositivos
antes de presurizarlos y/o energizarlos.
2. Recuerde en todo momento que está trabajando con líneas de aire presurizadas.
3. Nunca aplique aire comprimido hacia los ojos. Este puede arrastrar partículas sólidas que pueden
dañar su capacidad de visión temporal o permanentemente.
4. Nunca aplique aire comprimido hacia la ropa. Este puede arrastrar partículas sólidas que pueden
alcanzar a sus ojos y dañar su capacidad de visión temporal o permanentemente.

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Tema :

Nota:


5.

Fecha:

Grupo
Lab. Nº

DESARROLLO
I.

El alumno se enfrentará a un sistema mecatrónico, se pide definir las partes del
sistema mecatrónico.

1. SISTEMA MECÁNICO
Definir: Son aquellos sistemas constituidos fundamentalmente por elementos que
transmiten movimiento desde las diferentes fuentes que lo generan, al transformar
diferentes tipos de energía.

Fig. 1 SISTEMA MECANICO
2. SISTEMAS DE MEDICIÓN (SENSORES)
Definir: Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas,
llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las
variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica,
distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad,
movimiento, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como
en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una Tensión
eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor).

Fig. 2 SENSORES

3. SISTEMAS DE ACTUACIÓN.

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Tema :

Nota:


Fecha:

Grupo
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Definir: Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica,
neumática o eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un
efecto sobre un proceso automatizado. Este recibe la orden de un regulador o
controlador y en función a ella genera la orden para activar un elemento final de control
como, por ejemplo, una válvula.

Fig. 3 ACTUADOR
4. SISTEMAS DE CONTROL.
Definir: Los sistemas de control, se aplican en esencia para los organismos vivos, las
máquinas y las organizaciones. Estos sistemas fueron relacionados por primera vez en
1948 por Norbert Wiener en su obra Cibernética y Sociedad con aplicación en la teoría
de los mecanismos de control. Un sistema de control está definido como un conjunto de
componentes que pueden regular su propia conducta o la de otro sistema con el fin de
lograr un funcionamiento predeterminado, de modo que se reduzcan las probabilidades
de fallos y se obtengan los resultados buscados.
Hoy en día los procesos de control son síntomas del proceso industrial que estamos
viviendo. Estos sistemas se usan típicamente en sustituir un trabajador pasivo que
controla una determinado sistema (ya sea eléctrico, mecánico, etc. ) con una posibilidad
nula o casi nula de error, y un grado de eficiencia mucho más grande que el de un
trabajador. Los sistemas de control más modernos en ingeniería automatizan procesos
en base a muchos parámetros y reciben el nombre de controladores de automatización
programables (PAC).
Los sistemas de control deben conseguir los siguientes objetivos:
1. Ser estables y robustos frente a perturbaciones y errores en los modelos.
2. Ser eficiente según un criterio preestablecido evitando comportamientos
bruscos e irreales.

II. El alumno deberá realizar una lista de los sensores, actuadores y controladores
encontrados en la estación mecatrónica y describir la tarea que realiza

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1. Sensores.
item

Tipo de Sensor

Descripción de la tarea

1
SENSOR CAPACITIVO

Los sensores capacitivos (KAS) reaccionan ante metales y no
metales que al aproximarse a la superficie activa sobrepasan una
determinada capacidad.

2
SENSOR INDUCTIVO

Los sensores inductivos son una clase especial de sensores que
sirven para detectar materiales metálicos ferrosos.

SENSOR DE POSICION

Un sensor de proximidad es un transductor que detecta objetos o
señales que se encuentran cerca del elemento sensor.

3

4
S. VELOCIDAD LINEAL Y
ANGULAR
6
SENSOR PRESIÓN

Estos sensores pueden detectar la velocidad de un objeto tanto sea
lineal como angular, pero la aplicación más conocida de este tipo de
sensores es la medición de la velocidad angular de los motores que
mueven las distintas partes del robot.
Para medir la presión se utilizan sensores que están dotados de un
elemento sensible a la presión y que emiten una señal eléctrica al
variar la presión o que provocan operaciones de conmutación si esta
supera un determinado valor límite.

7
SENSOR DE LUZ

Un sensor fotoeléctrico es un dispositivo electrónico que responde al
cambio en la intensidad de la luz.

2. Actuadores.
Item

Tipo de Actuador

1
ELECTRÓNICOS
2

HIDRÁULICOS

3
NEUMÁTICOS

4
ELECTRICOS

Los actuadores electrónicos también son muy utilizados en los
aparatos mecatrónicos, como por ejemplo, en los robots. Los
servomotores CA sin escobillas se utilizaran en el futuro como
actuadores de posicionamiento preciso debido a la demanda de
funcionamiento sin tantas horas de mantenimiento.
Los actuadores hidráulicos, que son los de mayor antigüedad,
pueden ser clasificados de acuerdo con la forma de operación,
funcionan en base a fluidos a presión. Existen tres grandes grupos:
cilindro hidráulico
motor hidráulico
motor hidráulico de oscilación
A los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en
trabajo mecánico se les denomina actuadores neumáticos. Aunque
en esencia son idénticos a los actuadores hidráulicos, el rango de
compresión es mayor en este caso, además de que hay una pequeña
diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura,
debido a que estos tienen poca viscosidad.
La estructura de un actuador eléctrico es simple en comparación con
la de los actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que sólo requieren
de energía eléctrica como fuente de poder. Como se utilizan cables
eléctricos para transmitir electricidad y las señales, es altamente
versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la distancia


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Tema :

Nota:


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entre la fuente de poder y el actuador.

3. Controlador
item

Tipo de Controlador


1
Resolución de algoritmos de control PID

CONTROLADORES MONO Y
MULTILAZO (SLPI)
2
SLPI

III.

Muestran el valor de una señal
Ejecutan algoritmos básicos

El alumno deberá definir los siguientes conceptos:

Sensor Óptico de barrera:

Los sensores ópticos de barrera están compuestos por un emisor y un receptor separados.
Sirven para la detección segura de objetos a gran alcance y donde exista ambientes adversos
como polvo, neblina, nieve, lluvia, granizo, arena, polvo, etc.

Son ideales para aplicaciones en superficies altamente reflectantes, por ejemplo, superficies
pintadas, de metal o envueltas en papel aluminio.

Los campos de aplicación son las industrias de minería , madera, papel, cristal, plástico,
alimentaria e industria en general.
Sensor Optico Retro-reflectivo:

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Tema :

Nota:


Fecha:

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Este tipo de sensor presenta una cara frontal en la que encontramos tanto al LED como al
fototransistor. Debido a esta configuración el sistema tiene que medir la radiación proveniente
del reflejo de la luz emitida por el LED.
Se tiene que tener presente que esta configuración es sensible a la luz del ambiente
perjudicando las medidas, pueden dar lugar a errores, es necesario la incorporación de
circuitos de filtrado en términos de longitud de onda, así pues será importante que trabajen en
ambientes de luz controlada. Otro aspecto a tener en cuenta es el coeficiente de reflectividad
del objeto, el funcionamiento del sensor será diferente según el tipo de superficie.

Sensor óptico reflectivo:

Este tipo de sensor presenta una cara frontal en la que encontramos tanto al LED como al
fototransistor. Debido a esta configuración el sistema tiene que medir la radiación proveniente
del reflejo de la luz emitida por el LED.
Se tiene que tener presente que esta configuración es sensible a la luz del ambiente
perjudicando las medidas, pueden dar lugar a errores, es necesario la incorporación de
circuitos de filtrado en términos de longitud de onda, así pues será importante que trabajen en
ambientes de luz controlada. Otro aspecto a tener en cuenta es el coeficiente de reflectividad
del objeto, el funcionamiento del sensor será diferente según el tipo de superficie.

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Fecha:

Sensor Inductivo

Los sensores inductivos son una clase especial de sensores que sirven para detectar
materiales metálicos ferrosos.

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Sensor Capacitivo:

Los sensores capacitivos (KAS) reaccionan ante metales y no metales que al aproximarse a
la superficie activa sobrepasan una determinada capacidad.

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Tema :

Nota:


Fecha:

Grupo
Lab. Nº

Motor DC

El

motor de corriente continua es una máquina que
convierte la energía eléctrica en mecánica,
provocando un movimiento rotatorio. En algunas
modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos
motores se conocen como motores lineales

Su

principal inconveniente, el mantenimiento, muy caro y
laborioso.

Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos
partes, un estátor que da soporte mecánico al aparato y tiene un hueco en el centro
generalmente de forma cilíndrica. En el estátor además se encuentran los polos, que pueden ser
de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre núcleo de hierro. El rotor es
generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, al que llega la corriente
mediante dos escobillas.

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Tema :

Nota:


Fecha:

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Datos técnicos

Piston Nemático
A

los mecanismos que convierten la energía del aire
comprimido en trabajo mecánico se les denomina
actuadores neumáticos. Aunque en esencia son
idénticos a los actuadores hidráulicos, el rango de
compresión es mayor en este caso, además de que hay
una pequeña diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que
estos tienen poca viscosidad.
En esta clasificación aparecen los fuelles y diafragmas, que utilizan aire comprimido y también
los músculos artificiales de hule, que últimamente han recibido mucha atención.
•

De efecto simple

•

Cilindro neumático

•

Actuador neumático De efecto doble

•

Con engranaje

•

Motor neumático Con veleta

•

Con pistón

•

Con una veleta a la vez

•

Multiveleta

•

Motor rotatorio Con pistón

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Tema :

Nota:

•

De ranura vertical

•

De émbolo

•

Fuelles, diafragma y músculo artificial

•

Cilindro de efecto simple

Fecha:

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Lab. Nº

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Nota:


Fecha:

Grupo
Lab. Nº

Programmable Lógico Controller (PLC).

Un controlador lógico programable,
más conocido por sus siglas en inglés
PLC (Programmable Logic Controller),
es una computadora utilizada en la
ingeniería
automática
o
automatización
industrial,
para
automatizar
procesos
electromecánicos, tales como el
control de la maquinaria de la fábrica
en líneas de montaje o atracciones
mecánicas.
Los PLCs son utilizados en muchas industrias y máquinas. A diferencia de las computadoras de
propósito general, el PLC está diseñado para múltiples señales de entrada y de salida, rangos
de temperatura ampliados, inmunidad al ruido eléctrico y resistencia a la vibración y al impacto.
Los programas para el control de funcionamiento de la máquina se suelen almacenar en
baterías copia de seguridad o en memorias no volátiles. Un PLC es un ejemplo de un sistema de
tiempo real duro donde los resultados de salida deben ser producidos en respuesta a las
condiciones de entrada dentro de un tiempo limitado, que de lo contrario no producirá el
resultado deseado

Datos Técnicos Generales

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Tema :

Nota:


Fecha:

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Lab. Nº

Sistema mecánico de posicionamiento XYZ (Mesa XYZ).

Es una estructura que sirve de
soporte y en la cual se instalan lós
dispositivos electromecánicos que
deseamos simularlos.

Tornillo Sin fin
En ingeniería mecánica se denomina tornillo sin fin a
una disposición que transmite el movimiento entre ejes
que están en ángulo recto. Cada vez que el tornillo sin
fin da una vuelta completa, el engranaje avanza un
número de diente igual al número de entradas del
sinfín. El tornillo sin fin puede ser un mecanismo
irreversible o no, dependiendo del ángulo de la hélice,
junto a otros factores. (CMyJM) Con el tornillo sin fin y
rueda dentada podemos transmitir fuerza y movimiento
entre ejes perpendiculares.
La velocidad de giro del eje conducido depende del
número de entradas del tornillo y del número de
dientes de la rueda.
Si el tornillo es de una sola entrada, cada vez que éste de una vuelta avanzará un diente.

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Tema :

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IV.

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TERMINOS PARA BUSCAR.

1. EMERSON DCS Delta V

Es un Sistema de Control Distribuido, cuyas principales características son:
•

Su diseño está orientado a buses

•

Tiene como buses nativos: Foundation Fieldbus, AS-i bus, Profibus DP, HART
y DeviceNet, además de sus entradas/salidas básicas

•

Soporta el estándar IEC 1804-3, o EDDL (Electronic Device Description
Language), que permite que todos los parámetros de un dispositivo electrónico
estén accesibles al sistema

•

Puede configurarse para unas pocas entradas/salidas hasta más de 30.000

•

Conectividad con otros sistemas utilizando OPC y XML

•

Técnicas avanzadas de control, como son: control difuso (fuzzy), control con
redes neuronales, control predictivo, sintonización de lazos PID o controles
Fuzzy,

Recordemos que un sistema de control distribuido consta de:
•

Controlador, equipo electrónico, cercano al proceso

•

HMI. Interfase al operador

Para algunos aspectos no es relevante en dónde reside una funcionalidad
determinada, ya que desde el punto de vista de configuración se hace sobre el
sistema como un todo. Pero sí puede llegar a ser importante en términos de
confiabilidad o disponibilidad. El controlador es típicamente un equipo industrial, de
alta disponibilidad. En la siguiente figura se muestra un procesador con redundancia y
entradas/salidas básicas. En relación a los módulos específicos soportados, estos
son:
•

Entradas/salidas básicas: 6 tipos de E/S análogas y 10 tipos de E/S discretas.
Para varios de ellos, pueden utilizarse terminales con fusibles

•

Foundation Fieldbus. Módulo con dos canales H1, 16 nodos por canal

•

DeviceNet. Módulo con una puerta; puede soportar hasta 61 nodos

•

HART. Algunos de los módulos análogos, pueden soportar hasta 16
conexiones por canal

•

Profibus DP. Un canal RS-485, soporta hasta 64 esclavos, a velocidades hast
1.5 Mbps

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•

Módulo Modbus RTU. Dos puertas seriales RS-232, RS-422 o RS-485, con
hasta 16 nodos por puerta. Velocidades hasta 115 Kbauds

•

y varios otros más específicos

Por último mencionar que pueden integrarse hasta diez sistemas DeltaV en un
conjunto medianamente interoperable.

2. PWM
La función PWM requiere de un circuito en el cual hay distintas partes bien
diferenciadas entre sí. El comparador es lo que se convierte en el nexo, contando
con una salida y un total de dos entradas distintas. A la hora de configurarlo tenemos
que tener en cuenta que una de las dos entradas se centra en dar espacio a la señal
del modulador. Por su lado, la segunda entrada tiene que estar vinculada con un
oscilador de tipo de dientes de sierra para que la función se pueda llevar a cabo con
éxito. La señal que proporciona el oscilador con dientes es lo que determina la salida
de la frecuencia. Es un sistema que ha dado buenas demostraciones de funcionar,
convirtiéndose en un recurso muy utilizado en cuanto a la disponibilidad de recursos
energéticos.
Con el paso de los años y desde que la PWM entrara en vigor, las placas madre
contaron con sensores de temperatura, consultables desde la bios del equipo. A partir
de ese momento se impuso reducir el ruido de la CPU, haciendo que el ordenador
reaccionara de distintas maneras en base al contexto. Si por ejemplo, estamos
utilizando el equipo con el objetivo de descargar archivos, como demos de
videojuegos, realmente el ordenador no necesita una potencia superior a la mínima.
En estos casos la CPU no se calienta, no necesita el ventilador y se debe evitar
gastar energía de forma innecesaria.
Cuando montamos un ordenador que deba poder ofrecer un rendimiento de primer
nivel, pensamos en incluir la mayor potencia de ventilación, para que en situaciones
críticas estos ventiladores puedan funcionar a toda máquina con el objetivo de evitar
problemas en el equipo. Pero esta configuración se desaprovecha en

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momentos como en el ejemplo citado de la descarga de archivos. En estas
situaciones no es necesario que el ventilador gire a toda velocidad, sino que se puede
mantener en los niveles mínimos. La función PWM es una manera de regularlo. Para
perfeccionar esto se le añadió un cable adicional que manda una señal de la
velocidad a la que está funcionando el ventilador. La placa base se encarga de
regular la velocidad a la que debe ir el ventilador en cada momento. Si el equipo se
calienta mucho, le dice con una señal que debe trabajar más. Para ello hay que
configurar el ordenador desde la bios siempre pensando en obtener los menores
índices de ruido.
Para que la función PWM tenga más sentido y sea más completa, existen accesorios
que se encargan de llevar esa señal a otros ventiladores que también se puedan
beneficiar de ella. El objetivo común es mejorar lo máximo posible el rendimiento de
estos equipos.

3. PROTOCOLO CAN
Existen diversos sistemas de comunicación y varios protocolos por cada
requerimiento de la red, pero un tipo de comunicación que cobra cada día más
importancia es el protocolo CAN, este sistema esta incorporado en muchas marcas y
se volverá obligatorio como protocolo de comunicación para el DIAGNOSTICO
ABORDO en el control de emisiones...
CAN, o CAN Bus, es la forma abreviada de Controller Area Network es un bus de
comunicaciones serial para aplicaciones de control en tiempo real, con una velocidad
de comunicación de hasta 1 Mbit por segundo, y tiene excelente capacidad de
detección y aislamiento de errores. Es decir, esta es la mejor y más nueva tecnología

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actual en los vehículos. De hecho, varios fabricantes de vehículos desde el 2003,
incluidos Toyota, Ford, Mazda , Mercedes Benz , BMW y otros ya tienen instalado
este sistema. Del mismo modo que OBD 2 fue obligatorio para todos los vehículos
desde 1996, el CAN Bus será de instalación obligatoria en todos los vehículos a partir
de 2008
Este sistema emplea dos cables en los cuales viajan dos señales exactamente
iguales en amplitud y frecuencia pero completamente inversas en voltaje los módulos
con estos dos pulsos identifica el mensaje, pero también tiene opciones de mantener
la red activa aunque falle uno de los cables de comunicación.
Durante varios años, los fabricantes de automóviles solamente han tenido la opción
de elegir entre cuatro protocolos de comunicación: ISO 9141, J1850PWM,
J1850VPW, KWP 2000 / ISO 14230-4. El sistema CAN proporcionó a los fabricantes
de automóviles una nueva conexión de alta velocidad, normalmente entre 50 y 100
veces más rápida que los protocolos de comunicación típicos, y redujo el número de
conexiones requeridas para las comunicaciones entre los sistemas.
Al mismo tiempo, CAN proporcionó a los fabricantes de herramientas de diagnóstico
una manera de acelerar las comunicaciones entre el vehículo y su herramienta. El
diagnóstico se ve muy beneficiado ya que la mayor velocidad de comunicación les
permitirá en el futuro, a través de su herramienta de escaneado, ver datos casi en
tiempo real, tal como ahora ven datos de sensores con sus scanners.
El estándar CAN ha sido incorporado a las especificaciones de OBD 2 por el comité
de la International Standards Organization (ISO) y está especificado bajo la norma
ISO 11898 (Road Vehicles - Controller Area Network) y definido en los documentos
de ISO 15765 (sistemas de diagnóstico de vehículos). El California Air Resources
Board (CARB) acepta estas normas de ISO debido a que contribuyen a cumplir con
su misión de regular y reducir las emisiones de los vehículos. Desde 2003, varios
fabricantes de automóviles ya han implementado la nueva norma en sus vehículos,
pero CARB requiere que para 2008, todos los modelos de vehículos vendidos en los
Estados Unidos deberán cumplirlo.
4. SISTEMA SCADA

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SCADA es el acrónimo de Supervisory Control And Data Acquisition. Un sistema
SCADA está basado en computadores que permiten supervisar y controlar a
distancia una instalación, proceso o sistema de características variadas. A
diferencia de los Sistemas de Control Distribuido, el lazo de control es
generalmente cerrado por el operador. Los Sistemas de Control Distribuido se
caracterizan por realizar las acciones de control en forma automática. Hoy en día
es fácil hallar un sistema SCADA realizando labores de control automático en
cualquiera de sus niveles, aunque su labor principal sea de supervisión y control
por parte del operador. En la siguiente tabla se muestra un cuadro comparativo de
las principales características de los sistemas SCADA y los Sistemas de Control
Distribuido (DCS) (Estas Características no son limitantes para uno u otro tipo de
sistemas, sino que por el contrario son típicas).
Los sistema de control de acceso actualmente ya permiten trabajar con
plataformas SCADA mediante protocolos de comunicación como el ModBus (o
ModBusIP), OPC y otros.

ASPECTO
TIPO DE
ARQUITECTURA

SCADA

DCS

CENTRALIZADA

DISTRIBUIDA

SUPERVISORIO: Lazos
TIPO DE CONTROL
PREDOMINANTE

de control cerrados por
el operador.
Adicionalmente: control
secuencial y regulatorio.

TIPOS DE VARIABLES
ÁREA DE ACCIÓN
UNIDADES DE
ADQUISICIÓN DE

DESACOPLADAS
Áreas geográficamente
distribuidas.
Remotas, PLC´s.

REGULATORIO: Lazos de
control cerrados
automáticamente por el
sistema. Adicionalmente:
control secuencial, batch,
algoritmos avanzados, etc.
ACOPLADAS
Área de la planta.
Controladores de lazo, PLC
´s.

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DATOS Y CONTROL
MEDIOS DE
COMUNICACIÓN
BASE DE DATOS

Radio, satélite, líneas
telefónicas, conexión
directa, LAN, WAN.
CENTRALIZADA

Redes de área local,
conexión directa.
DISTRIBUIDA

El flujo de la información en los sistemas SCADA es como se describe a
continuación: el fenómeno físico lo constituye la variable que deseamos medir.
Dependiendo del proceso, la naturaleza del fenómeno es muy diversa: presión,
temperatura, flujo de potencia, intensidad de corriente, voltaje, etc. Este fenómeno
debe traducirse a una variable que sea inteligible para el sistema SCADA, es
decir, en una variable eléctrica. Para ello, se utilizan los sensores o transductores.
Los sensores o transductores convierten las variaciones del fenómeno físico en
variaciones proporcionales de una variable eléctrica. Las variables eléctricas más
utilizadas son: voltaje, corriente, carga, resistencia o capacitancia. Sin embargo,
esta variedad de tipos de señales eléctricas debe ser procesada para ser
entendida por el computador digital. Para ello se utilizan acondicionadores de
señal, cuya función es la de referenciar estos cambios eléctricos a una misma
escala de corriente o voltaje. Además, provee aislamiento eléctrico y filtraje de la
señal con el objeto de proteger el sistema de transientes y ruidos originados en el
campo. Una vez acondicionada la señal, la misma se convierte en un valor digital
equivalente en el bloque de conversión de datos. Generalmente, esta función es
llevada a cabo por un circuito de conversión analógico/digital. La computadora
(PC) almacena esta información, la cual es utilizada para su análisis y para la
toma de decisiones. Simultáneamente, se muestra la información al usuario del
sistema, en tiempo real. Basado en la información, el operador puede tomar la
decisión de realizar una acción de control sobre el proceso. El operador comanda
al computador a realizarla, y de nuevo debe convertirse la información digital a
una señal eléctrica. Esta señal eléctrica es procesada por una salida de control, el
cual funciona como un acondicionador de señal, la cual la transforma de escala
para manejar un dispositivo dado: bobina de un relé, setpoint de un controlador,
etc.

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5. PROFIBUS
Profibus es un protocolo de bus, de amplio uso industrialSu uso está ampliamente
difundido en el mundo, su funciónbásicamente es conectar dispositivos de
automatización industrial(controladores, variadores de frecuencia, instrumentos de
medición,etc) y permitir una comunicación robusta, económica y sencilla entreGran
número de fabricantes de controladores u otro tipo deinstrumentos para el control
industrial fabrican sus productoscertificando la compatibilidad con este protocolo. Esto
brinda laposibilidad de independizarse del fabricante y tener latranquilidad de que si
todos los dispositivos “hablan profibus” noLa norma utilizada para la certificación es
la EN 50 170
La comunicación en un sistema industrial se puede dar a tres niveles, de forma
separada
o conjunta:
1. Nivel de actuador/sensor. Las señales binarias de los sensores y actuadores
son transmitidos a través del bus de estos dispositivos de manera cíclica al
maestro de la red. Para este nivel se suele utilizar AS-Interface.
2. Nivel de campo. Este nivel conecta a todos los periféricos tales como módulos
E/S,

transductores de señal con el sistema de automatización por una

comunicación en tiempo real. En este nivel los datos son también enviados de
forma síncrona mientras

que las alarmas, los parámetros y los datos de

diagnóstico de la comunicación son

enviados de forma asíncrono en

momentos puntuales. Para este nivel PROFIBUS ofrece

una solución

transparente y especialmente preparada para processos de automatización.
3. Nivel de célula. Los controladores programables tales como los PLC y los IPC
se comunican unos con otros en este nivel mediante grandes paquetes y
potentes funciones de comunicación, pudiendo estar esta capa integrada en el
sistema de comunicaciones interno de una compañía mediante internet,
intranet, mediante los protocolos más usuales TCP/IP y Ethernet.

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El siguiente dibujo es muy representativo del uso más habitual de Profibus.

6. PROFIBUS DP
1. El Profibus DP es el más utilizado para solucionar las necesidades de
interconexión de los posibles perfiles Profibus. Está optimizado en
velocidad, eficiencia y bajo costos de conexión, orientado especialmente
para la comunicación entre sistemas automáticos y los periféricos
distribuidos en el nivel de campo.
2. Cuando se selecciona un medio de transmisión se deben considerar las
largas distancias, la velocidad de transmisión y los requerimientos del
sistema a automatizar, tales como la operatividad en áreas peligrosas y
la transmisión en un único cable de los datos y la energía.
3. El intercambio de datos es principalmente cíclico, utilizándose
determinadas funciones de comunicación eventualmente regladas
según EN 50170 a parte de las habituales básicas funciones exclusivas
para dicho intercambio. Aunque DP también ofrece servicio en
comunicaciones acíclicas más complejas para la parametrización, la

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monitorización y el manejo de alarmas en los dispositivos de campos
inteligentes.
4. Velocidad. DP requiere sólo de 1 ms a 12 Mbit/s para transmitir 512 bits
de datos de entrada y 512 bits de datos de salida entre 32 estaciones
distribuidas. Gracias a que en un único ciclo de mensaje con DP se
pueden transmitir datos de entrada y salida incrementa su velocidad en
comparación con FMS. En DP los datos de E/S son transmitidos usando
el servicio de SRD de la capa 2.
5. Diagnóstico de funciones. Las extensas funciones de diagnóstico
posibilitan una rápida

localización de errores. Los mensajes de

diagnóstico son transmitidos en el bus y recopilados por el maestro.
Estos mensajes de diagnóstico se clasifican en tres niveles:
6. Diagnóstico de estación. Estos mensajes conciernen al estado de
operación de la estación. Ej.: sobre temperatura del dispositivo, bajo
voltaje
7. Diagnóstico de módulo. Estos mensajes indican el rango de valores de
trabajo de las variables de la estación. Ej.: E/ de 16 bits, m 2 /S de
8bits,
8. Diagnóstico relacionado con el canal. En este caso la posible causa del
error es la disfunción de uno de los elementos de los que dependen de
la estación. Ej.: en caso de ser un módulo de 10 actuadores binarios
que uno de ellos no funcione correctamente.

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7. PROFIBUS FMS
El perfil de comunicación de FMS es diseñado para la comunicación a nivel de célula.
A este nivel, los controladores programables, PLC y IPC, tienen unos requisitos de
comunicación especiales, siendo más importante un alto grado de funcionalidad que
una rápida reacción del sistema.
La capa de aplicación, capa 7 según el modelo ISO OSI, consiste en las siguientes
partes:
•

Las especificaciones de los mensajes de campo, que da nombre al perfil FMS

•

El interfaz con las capas de bajo nivel (LLI). Hace de intérprete entre las capa 7
de aplicación y las capas 1 y 2, más en contacto con el medio físico de
transmisión.

El modelo de comunicación FMS permite que los processos de las aplicaciones
distribuidas se unifiquen en un mismo processo mediante las relaciones de
comunicación. Esta porción de los processos de la aplicación de un dispositivo de
campo que puede ser alcanzada a través de la comunicación es llamada dispositivo
virtual de campo, VFD. La siguiente figura enseña las relaciones entre los dispositivos
de campo reales y los dispositivos VFD. En el ejemplo sólo las variables, tales como:
número de unidades, registro de errores y tiempo de acceso, son parte del VFD y
pueden ser leídas o escritas a través de dos relaciones de comunicación. Las
variables como valor requerido y receta no son disponibles con FMS.
Los objetos de la comunicación dinámica son introducidos en la sección dinámica del
diccionario de objetos y pueden ser modificados durante el funcionamiento del bus.
La dirección lógica es el método preferido para acceder a un determinado objeto. El
acceso se hace a través con una dirección corta, el índice, el cual es un dato del tipo
unsigned de 16 bits. Cada objeto tiene una única dirección. Una opción adicional es el
direccionamiento de objetos a través de un nombre.

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Los objetos de la comunicación pueden ser también protegidos contra acciones
desautorizadas, a través de la protección de acceso, o permitir servicios para acceder
a un objeto de manera restringida, por ejemplo para sólo leerlo.
8. PROFIBUS PA
El uso de Profibus en dispositivos típicos y aplicaciones en processos de
automatización es definido por los perfiles PA. El perfil está basado en los perfiles de
comunicación DP y dependen del campo de la aplicación, IEC 1158-2, RS-485 y fibra
óptica son utilizados como transmisores de esta tecnología. Los perfiles PA definen
los parámetros de los dispositivos y el comportamiento de los típicos dispositivos de
campo tales como transductores de señal o actuadores, facilitando incluso el cambio
de un dispositivo por otro similar de distinto fabricante.
La descripción de las funciones y del comportamiento del dispositivo está basado
funciones bloques internacionales. La definición y las opciones del perfil de
aplicaciones PA hacen a
Profibus el mejor sustituto para las convencionales líneas de transmisión en 4-20 mA.
Profibus también permite controlar la adquisición de datos y la actuación en el medio,
en processos a través de un simple cable de 2 hilos. Profibus permite la conexión y
desconexión de dispositivos durante el funcionamiento incluso en áreas peligrosas.
Especialmente diseñado para este tipo de áreas peligrosas se ha elaborado el perfil
Profibus PA. El perfil Profibus PA ha sido desarrollado en cerrada cooperación con
usuarios de processos industriales, con las siguientes características:
Perfil de aplicaciones estándar para processos de automatización que permite la
intercambiabilidad del dispositivo de campo con otros de distinto fabricante.
Se pueden añadir y desconectar estaciones del bus incluso en áreas peligrosas sin
influenciar a otras estaciones.
El bus suministra alimentación para los transductores de señal usando la tecnología
de dos cables acuerdo con el estándar IEC 1158-2.
Este bus es usado también en áreas potencialmente explosivas con los tipos de
protección EEx ia/ib o la encapsulación EEx d.

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9. PROFINET
Profinet permite una solución de automatización distribuida siendo creada a través del
uso de componentes prefabricados y subsoluciones. El reparto de componentes
prefabricados y la reutilización de los componentes hábiles significan la reducción de
los costes de ingeniería asociados al desarrollo de los sistemas de automatización.
El principal objetivo de Profinet es la combinación de los objetos de automatización
distribuidos normalmente en una aplicación con la potencia de processo de una
distribución

de

ordenadores.

Principalmente

la

atención

se

concentra

en

componentes con un funcionalidad fija que pueden ser parametrizados, como
controladores de motor, válvulas, unidades de señales, estaciones de control,
manipuladores, equipos de monitorización,…etc. El poder computacional del PLC o
del PC en esta red, se dedica a secuencias lógicas de alto nivel, como manipulación
de recetas, tareas de seguridad de alto nivel, o a servir de interfaz con el resto del
mundo, como por ejemplo en aplicaciones de oficina.
Profinet es la respuesta de la PNO al cambio del paradigma de la ingeniería de
automatización y a la tendencia hacia el incremento de la utilización de las redes
Ethernet, incluso en dispositivos de campo, Ethernet como bus de campo. Usando


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Profinet, los miembros del PNO están en posición de tomar la iniciativa en la próxima
fase de las soluciones de automatización.
Las principales características de Profinet son:
Abierta, usando un estándar universalmente aceptado. El interfaz de la red es
claramente definido.
Consistente, la comunicación y cooperación de los dispositivos de acceso es similar
en todos los mecanismos. Horizontalmente entre los controladores programables y
verticalmente entre la oficina, la zona de control y el nivel de campo. Integración en
los sistemas Profibus. Uso intuitivo, fácil de usar, simplifica y hace uniforme el modelo
de aplicación organizando la red en diferentes grupos. Herramientas de control y
configuración de equipos, programación de PLC y configuración DP. Uniforme modelo
de datos, que es compartido en una base de datos común. Orientado a componentes
y a objetos. Las aplicaciones son creadas interconectado objetos mediante interfaz
gráfica, textualmente o mediante scripts.

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V.

PROBLEMA PROPUESTO EN CLASE

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Se desea encender dos lámparas L1 y L2 de modo que con un pulso se
encienda L1 y con otro se encienda L2, Finalmente con un tercer pulso se
apague el sistema.
SOLUCION.

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VI.

CONCLUSIONES.

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-Los Sistemas macarrónicos combinan la parte mecánica electrónica
y de programación.
-Los sensores son dispositivos electrónicos que reciben señal del
medio exterior sin tener contacto directo.
- Profinet permite una solución de automatización distribuida siendo
creada a través del uso de componentes prefabricados y
subsoluciones. El reparto de componentes prefabricados y la
reutilización de los componentes hábiles significan la reducción de
los costes de ingeniería asociados al desarrollo de los sistemas de
automatización.
En la pirámide de automatización tenemos en primer lugar

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