Post on 29-Dec-2015
AUTOMATISMOS Y CONTROLRamiro Diez Zaera
1. Introducción a la regulación automática
1.1. La pirámide de la automatización1.2. Controladores industriales1.3. Sistemas de supervisión1.4. Redes de campo
Conceptos
• automatismo: (RAE)
– 1. m. Desarrollo de un proceso o funcionamiento de un mecanismo por sí solo.
– 2. m. Cualidad de lo que es automático.
• control: (RAE)
– 5. m. Regulación, manual o automática, sobre un sistema.
– 7. m.Mec.Mando o dispositivo de regulación.
Conceptos
• automático, ca (RAE)
– 1. adj. Perteneciente o relativo al autómata.
– 2. adj. Dicho de un mecanismo: Que funciona en todo o en parte por sí solo. U. t. c. s.
– 6. f. Ciencia que trata de sustituir en un proceso el operador humano por dispositivos mecánicos o electrónicos.
Conceptos
• regulación (RAE)– 1. f. Acción y efecto de regular.
• regular1 (RAE)– 1. tr. Medir, ajustar o computar algo por comparación o deducción.
– 2. tr. Ajustar, reglar o poner en orden algo.
– 3. tr. Ajustar el funcionamiento de un sistema a determinados fines.
– 4. tr. Determinar las reglas o normas a que debe ajustarse alguien o algo.
Conceptos
• sistema (RAE)– 2. m. Conjunto de cosas que relacionadas entre sí ordenadamente contribuyen a determinado objeto.
• planta (RAE)– 10. f. Fábrica central de energía, instalación industrial.
• proceso (RAE)– 3. m. Conjunto de las fases sucesivas de un fenómeno natural o de una operación artificial.
1. Introducción a la regulación automática
• Regulación Automática: es una rama de la ingeniería que estudia el control de un proceso para que funcione de una manera determinada:
– temperatura de un horno
– rumbo de un avión
– velocidad de un automóvil
– velocidad de un tren de laminación
1. Representación de un sistema de control
• Componentes de un sistema de control
Sistema a controlar
ActuadorRegulador
Sensor
Referencia Control AcciónVariablecontrolada
Medida
Error
Perturbaciones
+
‐
Parte operativaParte de mando
1. Esquema de un sistema de control
– Control de la temperatura de un fluido
Tmáx 0
Referencia
120
Controlador
075º
Resistencia
Equipo de medida
Sensor
Actuador
Depósito
uref ‡‡‡
u
iac
Sistemas Electrónicos de Control
1. Sistemas automáticos de control
– Control de grupo generador con caldera de combustión
1.1. La pirámide de la automatización
Estaciones de trabajo,PCs
Estaciones de trabajo,PCs
PCs, PLCs
PCs, PLCs, CNCs,Robots, etc.
Sensores,actuadores
Nivel corporativo
Nivel sistema
Nivel área y célula
Nivel campo
Nivel dispositivo
1.2. Controladores industriales
• Controladores mecánicos
• Controladores electrónicos (basados en amplificadores operacionales)
• Basados en microprocesador:– PIDs industriales
– PLCs (autómatas programables)
– PCs industriales
1.2 Controladores mecánicos
– Regulador centrífugo de Watt
1.2 Controladores mecánicos
– Regulador centrífugo de Watt
1.2 Controladores electrónicos
• PID basado en amplificadores operacionales
+
-
+
-R3
R4
C2C1
R1
R2
e1e2
1.2 Basados en microprocesador
• Reguladores PID (Proporcional Integral Derivativo)
1.2 Basados en microprocesador
• Autómatas programables (PLC)
1.2 Basados en microprocesador
• PC industrial
1.3. Sistemas de supervisión
• Las instalaciones modernas cuentan con complejos dispositivos de supervisión del funcionamiento del sistema:– Muestran una visión de conjunto
– Permiten una rápida adquisición de gran cantidad de datos relativos al funcionamiento de los diferentes elementos que componen la instalación.
• Estos sistemas pueden realizar diferentes labores de control
• Esta centralización de la información resulta ideal para su utilización el mantenimiento
• En las instalaciones industriales es necesario manejar un elevado volumen de información, por lo que los sistemas de supervisión de plantas suelen adoptar la forma de paquetes informáticos específicos: sistemas SCADA.
1.3. SCADA
• Supervisory Control And Data Acquisition
• Un SCADA es una aplicación o conjunto de aplicaciones software con acceso a planta, mediante comunicación digital con los instrumentos y actuadores, e interfaz gráfica de alto nivel con el usuario.
INTERFAZDE USUARIO
UNIDAD DE CONTROL DISPOSITIVO DE CAMPO
1.3. SCADA: Esquema básico
Servidor de datosHMI
1.3. SCADA: interfaz gráfica animada
1.3. Características de un sistema SCADA
• Adquisición y almacenado de datos: comunicación con equipos de campo.
• Representación gráfica y animada de variables de proceso: generación de históricos e informes.
• Sistema de supervisión: – Trabajo en tiempo real.
– Gestión de alarmas.
– Control: modificación de parámetros y consignas de PLCs o reguladores.
• Interfaz gráfica animada configurable entre el operador y el proceso.
1.3. Funciones de un sistema SCADA
• Recabar, almacenar y mostrar información, en forma continua y fiable, correspondiente a la señalización de campo: estados de dispositivos, mediciones, alarmas, etc.
• Ejecutar acciones de control iniciadas por el operador: abrir o cerrar válvulas, arrancar o parar bombas, etc.
• Alertar al operador de cambios detectados en la planta, tanto aquellos que no se consideren normales (alarmas) como cambios que se produzcan en la operación diaria de la planta (eventos). Estos cambios son almacenados en el sistema para su posterior análisis.
• Aplicaciones en general basadas en la información obtenida por el sistema: elaboración de informes, gráficos de tendencia, historiales de variables, cálculos, predicciones, detección de fugas, etc.
1.4. Redes de campo
• Las redes de comunicación industriales o los buses de campo se utilizan para comunicar equipos de automatización: controladores, sensores y actuadores.
• Un bus de campo es un sistema de comunicaciones digital, bidireccional y multipunto, montado sobre un bus serie, destinado a los instrumentos y a otros equipos de automatización de plantas
1.4. Redes de campo
Estaciones de trabajo,PCs
Estaciones de trabajo,PCs
PCs, PLCs
PCs, PLCs, CNCs,Robots, etc.
Sensores,actuadores
Nivel corporativo
Nivel sistema
Nivel área y célula
Nivel campo
Nivel dispositivo
BUS ACTUADOR/SENSOR
BUS DE CAMPO:CÉLULA
RED CORPORATIVARED DE CONTROL/FÁBRICA
BUS DE CAMPO:DISPOSITIVO
1.4. Requerimientos de comunicación
Nivel corporativoy sistema
Nivel área y célula
Nivel campo
Nivel dispositivo
Cantidad Tiempo de Frecuencia de de datos respuesta transmisiones
Mbytes segundos/ horas/díasminutos
Kbytes 100ms - 1s segundos/minutos
Bytes 10ms - 100ms segundos/milisegundos
Bit milisegundos milisegundos
1.4. Redes de campo
Serie
Red
Salidas
Entradas
Alimentación
E/S
PLC
• Conexión punto a punto
1.4. Redes de campo
Serie
Red
Salidas
Alimentación
E/S
PLC
Entradas
Bus de campo
• Conexión en bus
1.4. Ventajas de los buses de campo
• Ahorro de costes– Minimización del cableado– Facilidad de instalación– Reducción del tiempo de mantenimiento
• Simplificación de la arquitectura• Posibilidad de conexión de dispositivos de diferentes
procedencias• Añadir o quitar elementos en operación• Distancias operativas superiores al cableado tradicional• Ingeniería a distancia• Puesta en servicio más sencilla• Interfaces normalizadas
1.4. Inconvenientes de los buses de campo
• Son más complejos. Necesidad de personal más cualificado.
• Precios más altos.
• Equipos de mantenimiento más sofisticados (accesorios de diagnóstico).
• Tiempos de respuesta ligeramente superiores.
• Gran número de estándares incompatibles entre sí.
• No se sabe qué estándar prevalecerá. Ciertas inversiones pueden llegar a ser obsoletas con el tiempo.
1.4. Características de los buses de campo
• Medio físico– Cable coaxial, par trenzado o cable específico (4 hilos con blindaje, ...),
fibra óptica, infrarrojos, radio, etc.• Topología
– BUS, estrella, anillo, malla, árbol
• Método de acceso al medio– Controlado por un equipo único, Maestro/ Esclavo o centralizado– Condicionado por un derecho: Paso de «testigo»– Aleatorio o descentralizado: protocolos CSMA/CD: Carrier Sense
Multiple Access / Collision Detection• Velocidad de transferencia• Tiempo máximo de respuesta• Distancias medias• Número de equipos de proceso conectables
Maestro
Esclavos. . . .
Maestro
Esclavos. . . .
1.4. Método de acceso al medio
Difusión
Pregunta/Respuesta
1.4. Comparativa de buses de campo
Topología Medio de transmisión
Nodos por segmento
Distancia segmento
Velocidad Método de acceso
PROFIBUS Lineal, anillo, árbol
Par trenzado, Fibra óptica, Infrarrojos
127 1200m 9,6 Kbit/s12 Mbit/s
Maestro/esclavo-Paso testigo
INTERBUS anillo Par trenzado, fibra óptica
256 400m 500 Kbit/S Maestro/esclavo
CAN Bus lineal Par trenzado 127 40-1000m
50 Kbit/s1 Mbit/s
CSMA/CD
AS-I Bus, árbol, estrella
Cable 2 hilos 31 100m 167.5 Kbit/s
Maestro/esclavo
WorldFIP Bus lineal Par trenzado, Fibra óptica
32 1900m 31,5 Kbit/s5 Mbit/s
Centralizado
Devicenet Bus lineal Par trenzado, radio
64 500m 125,250, 500 Kbit/s
CSMA/CD
Industrial Ethernet
Bus, estrella Par trenzado, fibra óptica
1024 100m 10, 100 Mbit/s
CSMA/CD