Automatización Industrial

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TUXTLA GUTIÉRREZ
AutomatizaciónIndustrial
Ingeniería Mecánica – 7° Semestre
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE
TUXTLA GUTIÉRREZ.
INGENIERÍA MECÁNICA.
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL.
DOCENTE.
M.C MARIO TOLEDO MARTÍNEZ.
Unidad IV.
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PLC´s.
Nombre. Matrícula
SOLISVELAZQUEZISAACALBERTO………………………13270548
FECHA DE ENTREGA. 29 de Noviembre de 2016

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INDICE.
1. Introducción………………………………………………………………………………. 3
2. Elementos de fuerza………………………………………………………...…………... 4
2.1 Cilindro de simple efecto……………………………………………………………. 4
2.2 Cilindro de doble efecto...………………………………………………………...…. 5
2.3 Cilindro sin vástago…….…………………………………………………………...…5
2.4 Cilindro rotativo y de accionamiento oscilante……………………………………..6
3. Motor hidráulico……….………………………………………………………………….. 7
4. Ecuaciones para el cálculo de motor neumático……………………………………….7
5. Cuadro comparativo……………………………………………………………………….8
6. Bibliografía…………………………………………………………………………………9

3
INTRODUCCIÓN.
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 PLC 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, de lo
contrario no producirá el resultado deseado.

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Los primeros PLC fueron diseñados para reemplazar los sistemas de relés lógicos. Estos
PLC fueron programados en lenguaje llamado Listado de instrucciones con el cual las órdenes
de control se le indicaban al procesador como un listado secuencial de códigos en lenguaje de
máquinas. Luego para facilitar el mantenimiento de los sistemas a controlar se introdujo un
lenguaje gráfico llamado lenguaje Ladder también conocido como diagrama de escalera, que
se parece mucho a un diagrama esquemático de la lógica de relés. Este sistema fue elegido
para reducir las demandas de formación de los técnicos existentes. Otros autómatas primarios
utilizaron un formulario de listas de instrucciones de programación.
Los PLCs modernos pueden ser programadosde diversasmaneras, desde la lógica de escalera
de relés, a los lenguajes de programación tales como dialectos especialmente adaptados
de BASIC y C. Otro método es la lógica de estado, un lenguaje de programación de alto
nivel diseñado para programar PLC basados en diagramas de estado.
En los autómata programable suele emplearse en procesos industriales que tengan una o
varias de las siguientes necesidades:
 Espacio reducido.
 Procesos de producción periódicamente cambiantes.
 Procesos secuenciales.
 Maquinaria de procesos variables.
 Instalaciones de procesos complejos y amplios.
 Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso.
Tenemos ventajas para usar los PLC´s.
 Menor tiempo de elaboración de proyectos.
 Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros componentes.
 Mínimo espacio de ocupación.
 Menor costo de mano de obra.
 Mantenimiento económico.
 Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo autómata.
 Menor tiempo de puesta en funcionamiento.
 Si el autómata queda pequeño para el proceso industrial puede seguir siendo de
utilidad en otras máquinas o sistemas de producción.

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Y entre los inconvenientes:
 Adiestramiento de técnicos.
 Costo.
1. FUNCIONES LÓGICAS BÁSICAS.
Para programar un PLC es necesarioel empleode unlenguaje especificoel cual porlo general solo
entiendeéste. El lenguajede programaciónde cadaPLCcambiade acuerdoal creadordelproducto,
y aunque se utilizan los mismos símbolos en los distinto lenguajes, la forma en como se crean y
almacenan cambia de fabricante a fabricante, por lo tanto la manera de como se interpretan las
instrucciones por medio de un PLC es diferente, dependiendo de la marca.
Existen comercialmente tres lenguajes que la mayoría de los fabricantes de los PLC ponen a
disposición de los usuarios, estos lenguajes son:
 Diagrama de Contactos también conocido como Lenguaje en Escalera.
 Listado de Instrucciones
 Diagramas de Funciones
Contacto normalmente cerrado (NC) Igualmente funciona como un botón real, pero de
manera inversa al contacto normalmente abierto, esto es que cuando no es accionado se
reposiciona automáticamente a su estado natural que es el encontrarse cerrado o
conectado.
Ilustración 1. Interruptor con
contacto normalmente abierto
en reposo.
Ilustración 2. Interruptor con
contacto normalmente abierto
activado.

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De acuerdo a la convención establecida por los fabricantes de los PLC se sabe que la
correspondencia que tienen los estados lógicos cerrado y abierto con los dígitos binarios
"0" y "1" es la siguiente:
 Abierto equivale a "0" lógico
 Cerrado equivale a "1" lógico
1.1 FUNCIÓN LÓGICA AND (Y).
La función lógica AND tendrá la salida activada (energizada) solo si ambos contactos
(normalmente abiertos) tienen el nivel lógico de 1, en todos los otros casos la salida estará
desactivada (desenergizada).
1.2 FUNCIÓN LÓGICA OR (O).
Con una función lógica OR la salida se presenta activada (energizada) si uno o todos sus
contactos (normalmente abiertos) se encuentran en el estado de "1" lógico. En contraparte
la salida se presentara desactivada (desenergizada) cuando todos los interruptores tienen
un estado lógico "0".
Ilustración 3 Función Lógica AND (Y) con
las entradas A y B en "0".
Ilustración 4 Función Lógica AND (Y) con entrada A
en "0" y B en "1".
Ilustración 5 Función Lógica OR
(O) con las entradas A y B en
"0".
Ilustración 6 Función Lógica
AND (Y) con entrada A en "0" y
B en "1".

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1.3 FUNCIÓN LÓGICA INVERSORA (NOT).
La función lógica INVERSORA (NOT), a diferencia de las funciones AND y OR, solo
requiere un contacto en la entrada, el cual debe ser normalmente cerrado. La salida se
presenta activada (energizada) si el contacto se encuentra en el estado de 0 lógico, En
contraparte la salida se presentara desactivada (desenergizada) cuando el interruptor tiene
un estado lógico "1".
1.4 FUNCION LÓGICA NO INVERSORA.
La función lógica NO INVERSORA requiere de únicamente de un contacto el cual debe ser
normalmente abierto. La salida es el reflejo del estado lógico en el que se encuentre el
contacto.
2. CARACTERISTICAS DE LOS PLC´s.
Al día de hoy los inconvenientes se han hecho nulos, ya que todas las carreras de ingeniería
incluyen la automatización como una de sus asignaturas. En cuanto al costo tampoco hay
problema, ya que hay autómatas para todas las necesidades y precios. Estructura externa.
Inversora (NOT) con las entrada A en
"0".
Inversora (NOT) con las entrada A en
"1".
Ilustración 9 Función Lógica NO
Inversora con las entrada A en "0".
Ilustración 10 Función Lógica NO
Inversora con las entrada A en "1".
Ilustración 11 PLC´s más usados en la
industria de la automatización.
Ilustración 12 Módulo de producción de
los PLC´s.

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Los elementos esenciales, que todo autómata programable posee como mínimo, son:
 Sección de entradas: se trata de líneas de entrada, las cuales pueden ser de tipo
digital o analógico. En ambos casos tenemos unos rangos de tensión
característicos, los cuales se encuentran en las hojas de características del
fabricante. A estas líneas conectaremos los sensores.
 Sección de salidas: son una serie de líneas de salida, que también pueden ser de
carácter digital o analógico. A estas líneas conectaremos los actuadores.
 Unidad central de proceso (CPU): se encarga de procesar el programa de usuario
que le introduciremos. Para ello disponemos de diversas zonas de memoria,
registros, e instrucciones de programa.
Aparte de estos elementos podemos disponer de los siguientes:
 Unidad de alimentación (algunas CPU la llevan incluida).
 Unidad o consola de programación: que nos permitirá introducir, modificar y
supervisar el programa de usuario.
 Dispositivos periféricos: como nuevas unidades de E/S, más memoria, unidades de
comunicación en red, etc.
 Interfaces: facilitan la comunicación del autómata mediante enlace serie con otros
dispositivos (como un PC).
Ilustración 13 Estructura interna de un PLC´s

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3. ENTRADAS Y SALIDAS DE LOS PLC´s.
La sección de entradas mediante el interfaz, adapta y codifica de forma comprensible para
la CPU las señales procedentes de los dispositivos de entrada o captadores.
3.1 ENTRADAS DIGITALES.
Los módulos de entrada digitales permiten conectar al autómata captadores de tipo todo o
nada como finales de carrera pulsadores...
Los módulos de entrada digitales trabajan con señales de tensión, por ejemplo, cuando por
una vía llegan 24 voltios se interpreta como un "1" y cuando llegan cero voltios se interpreta
comoun "0". El proceso de adquisición de la señal de salida digital consta de varias etapas:
1- Protección contra sobretensión.
2- Filtrado.
3- Puesta en forma de la onda.
4- Aislamiento galvánico o por optoacoplador.
3.2 SALIDAS DIGITALES.
Un módulo de salida digital permite al autómata programable actuar sobre los
preaccionadores y accionadores que admitan ordenes de tipo todo o nada.
Ilustración 14 Al diseñar un programa se debe hacer referencia a las
variables de entrada y salida que identifiquen los puntos del PLC´s.

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El valor binario de las salidas digitales se convierte en la apertura o cierre de un relé
interno del autómata en el caso de módulos de salidas a relé.
En los módulos estáticos (bornero), los elementos que conmutan son los componentes
electrónicos como transistores o triacs, y en los módulos electromecánicos son contactos
de relés internos al módulo.
3.3 ENTRADAS ANALÓGICAS.
Los módulos de entrada analógicas permiten que los autómatas programables trabajen con
accionadores de mando analógico y lean señales de tipo analógico como pueden ser la
temperatura, la presión o el caudal.
Los módulos de entradas analógicas convierten una magnitud analógica en un número que
se deposita en una variable interna del autómata. Lo que realiza es una conversión A/D,
puesto que el autómata solo trabajar con señales digitales. Esta conversión se realiza con
una precisión o resolución determinada (número de bits) y cada cierto intervalo de tiempo
(periodo muestreo). Los módulos de entrada analógica pueden leer tensión o intensidad.
3.4 SALIDAS ANALOGICAS.
Los módulos de salida analógica permiten que el valor de una variable numérica interna del
autómata se convierta en tensión o intensidad.
Lo que realiza es una conversión D/A, puesto que el autómata solo trabaja con señales
digitales. Esta conversión se realiza con una precisión o resolución determinada (número
de bits) y cada cierto intervalo de tiempo (periodo muestreo).
Esta tensión o intensidad puede servir de referencia de mando para actuadores que
admitan mando analógico como pueden ser los variadores de velocidad, las etapas de los
tiristores de los hornos, reguladores de temperatura... permitiendo al autómata realiza
funciones de regulación y control de procesos continuos.

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4. PROGRAMACIÓN DE LOS PLC´s.
Un programa de computadora es un conjunto de instrucciones que producirán la
ejecución de una determinada tarea. Es esencial, un programa es una respuesta, a
todas las posibles combinaciones de estados de la información que recibe.
El proceso de programación de un PLC´s es, por consiguiente, un proceso, en cuyo
desarrollo se requieren cada uno de los siguientes pasos.
1. Definición y análisis del problema. (Este análisis debería incluir el resultado
de un HAZOP.1
)
1.1 ¿Qué resultados debe proporcionar el sistema? Que salidas, sobre que debe actuar.
1.2 ¿Qué datos se necesitan para determinar un resultado? Que debe medir o vigilar.
(Entradas).
1.3 ¿Cómo debe reaccionar ante perdida de información? Como debe reaccionar sino se
puede medir la variable que necesita vigilar. (SIL.)
1.4 ¿Cómo debe reaccionar ante fallas de si mismo? Capacidad de autodiagnóstico. (SIL.)
2. Definición de la arquitectura del hardware necesario (entrada/salida,
redundancia, autodiagnóstico, etc.)
3. Diseño de algoritmos.
4. Programación del código, en los lenguajes de programación.
5. Depuración y verificación del programa. (pruebas efectivas.)
La programación estructurada es la forma clásica de programar en forma secuencial.
Podríamos decir que es lo contrario a la programación orientada a objetos. Son 3 pasos
para este tipo de programación:
- Secuencias.
- Selección.
- Interacción.
1 El HAZOP o AFO (Análisis Funcional de Operatividad) es una técnica de identificación de riesgos inductiva
basada en la premisa de que los accidentes.

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5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLC´s.
VENTAJAS. DESVENTAJAS.
- Una de las grandes ventajas de un PLC
es que es posible automatizar tareas o
robotizarlas, depende de como se lo quiera
ver. Al hacerlo, se ahorra mano de obra, y
los costos finales del proyecto disminuyen.
- Es muy pero muy fácil programar un
PLC porque la compañía del mismo ya te
vende un software muy fácil de usar.
- Con un PLC, no es necesario cambiar
toda la estructura mecánica para cambiar
de tarea. Lo ideal, es decir, lo que se
debería hacer, es que la mecánicatenga un
alto rango de dinamismo para que la
programación sea la única que se cambie
frente a lo material.
- Otra gran ventaja de un PLC es que se lo
puede programar para que cuando haya
una falla, que éste nos indique en donde
está de acuerdo a lo que se detectó con los
sensores de las entradas.
-La principal desventaja es que se requiere
un personal calificado para el manejo de
estos dispositivos, lo que implica no solo un
costo relativamente elevado, sino también
la dificultad de encontrarlo.
-La gran desventaja de un PLC es que
antes de automatizar una tarea en la
industria, es necesario tener en cuenta
todos los detalles de lo que se debe hacer
para que nada salga mal.
-La tarea o el proceso depende totalmente
y enteramente del código de
la programación. Esta no puede estar mal.
Por ello, el programador debe ser muy
bueno.
- El costo inicial de lo que implica
automatizar una tarea con un PLC es muy
elevado. Ésta es una clara desventaja.
Tabla 1. Ventajas y desventajas de los PLC´s.
6. APLICACIÓN DE LOS CIRCUITOS NEUMATICOS E HIDRAULICOS.
- La neumática es la utilización del aire comprimido para la realización de cualquier
tipo de trabajo.
VENTAJAS:
• Sencillez de los sistemas de mando: válvulas, cilindros, etc.
• Rapidez de respuesta del sistema neumático.
• Economía de los sistemas neumáticos una vez instalados.

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INCONVENIENTES:
• Instalaciones caras en general.
• El mantenimiento del aire en buenas condiciones es costoso.
Las válvulas de control direccional son las siguientes.
Ejemplo de aplicación en la electroneumática.

14
- La hidráulica en la industria emplea el aceite a presión para la realización de
cualquier tipo de trabajo. En esencia esta tecnología es similar a la neumática.
VENTAJAS:
• Puede desarrollar grandes fuerzas.
• Sencillez de operación.
INCONVENIENTES:
• Instalaciones muy caras en general.
• Suciedad de las instalaciones.
• Velocidad de respuesta muy lenta.
Ejemplo de aplicación en la hidráulica.

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7. APLICACIÓN CON CONTADORES.
Un contador es una función de cómputo que permite efectuar la cuenta de acontecimientos
o efe impulsos. La cuenta se puede programar en forma progresiva (ascendente) o
regresiva (descendente).
La operación de conteo consiste en incrementar 1 al contenido del contador, mientras que
la operación de descuento consiste en decremento 1 al contenido del contador, ambos al
presentarse un pulso o un acontecimiento.
La función del contador, permite activar salidas o memorias internas, en el momento que
su registro de conteo coincide con el valor presente previamente definido. Por otro lado si
el registro es diferente al valor de presente la salida asociada al contador no se activara.
Es importante señalar, que la cantidad de contadores que se pueden programar con el PLC,
depende del tamaño de éste, pudiendo ser desde 16 hasta miles.
7.1 CTU CONTADOR ASCENDENTE.
CU Incrementa en 1 con un flanco.
RESETColoca el valor corriente a 0.
PV VALOR PRESET.
CV VALOR CORRIENTE Q Output, es TRUE si CV = PV (CTU).
CU, RESET y Q son de tipo BOOL; PV y CV son de tipo INT.
Significa:
Si esta RESET entonces CV=0;
Pero si esta CU entonces CV := CV + 1;
Q es TRUE si CV >= PV

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7.2 CTD CONTROLADOR DESECENDENTE.
CD Decrementa en 1con un flanco.
LOAD Carga el VALOR CORRIENTE con el
valor del PRESET. PV VALOR PRESET.
CV VALOR CORRIENTE..
Q Output, es TRUE si CV = 0 (CTUD).
CD, LOAD y Q son de tipo BOOL; PV y CV son de tipo INT.
Significa:
Si esta LOAD entonces CV =PV ;
Pero si esta CD entonces CV := CV - 1;
Q es TRUE si CV <= 0.
7.3 CTUD CONTADOR ASCENDNTE Y DESCENDENTE.
CU Incrementa en 1 con un flanco.
CD Decrementa en 1 con un flanco.
RESET Coloca el valor corriente a 0.
LOAD Carga el VALOR CORRIENTE con
el valor del PRESET. PV VALOR PRESET.
CV VALOR CORRIENTE.
Q Output, es TRUE si CV = PV (CTU), es TRUE si CV = 0 (CTD).
QUOutput, es TRUE si CV = PV (CTUD).
QDOutput, es TRUE si CV = 0 (CTUD).
CU, CD, LOAD, RESET, QU y QD son de tipo BOOL; PV y CV son de tipo INT.

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8. CONCLUSIÓN.
Los controladores lógicos programables (PLC, por sus siglas en inglés), son dispositivos
electrónicos digitales que fueron investigados en 1969 para reemplazar a los circuitos de
relevadores (relés) electromecánicos, interruptores y otros componentes comúnmente
utilizados para el control de los sistemas. En los sistemas el estado de una salida queda
determinado por el estado de una cierta combinación de entradas sin importar la historia de
éstas.
Los PLC's resultaron muy atractivos ya que, a diferencia de los antiguos circuitos permiten
reprogramación, ocupan comparativamente muy poco espacio, consumen poca potencia,
poseen auto-diagnóstico y tienen un costo competitivo. Sin embargo, fueron las
innovaciones tecnológicas en microprocesadores y memorias lo que a hecho tan versátiles
y populares a los PLC's. Así, los PLC's pueden realizar operaciones aritméticas,
manipulaciones complejas de datos, tienen mayores capacidades de almacenamiento y
pueden comunicarse más eficientemente con el programador y con otros controladores y
computadoras en redes de área local. Además, ahora muchos PLC's incorporan
instrucciones y módulos para manejar señales análogas y para realizar estrategias de
control, más sofisticados que el simple ON-OFF, tales como el control PID, inclusive con
múltiples procesadores.
Al inicio, la utilización de un lenguaje de programación con una estructura o representación
similar a la de los arreglos de relevadores en escalera (diagramas de escalera), fue una
buena elección ya que facilitaba el entrenamiento de los operadores que ya conocían estos
diagramas. Así, el primer lenguaje de programación para PLC's, considerado de bajo nivel,
fue el "Lenguaje de Escalera". Aún hoy se utiliza este lenguaje, así como el "lenguaje
Booleano" que se basa en los mismos principios del algebra booleana.

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9. BIBLIOGRAFIA.
- Autómatas programables y sistemas de automatización.
Mandado Pérez, Enrique.
- Autómatas programables: fundamentos, manejo, instalación y prácticas.
Porras Criado, Alejandro.
- Autómatas programables industriales: arquitectura y aplicaciones.
Michel, Gilles.

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