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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA
UNIDAD ZACATENCO
AUTOMATIZACION DE UN LAZO DE POSICIÓN PARA UN MOTOR DE
INDUCCION POR MEDIO DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE
AUTOMATIZACION (PAC)
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO CONTROL Y AUTOMATIZACION
PRESENTA:
SALINAS MENDEZ MARCO ALEJANDRO
ASESOR:
M EN C HUERTA GONZÁLEZ PEDRO
Mexi! D" #$%&
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DEDICATORIA
En este presente trabajo de tesis, me gustaría agradecer primeramente a Dios por bendecirmedurante toda mi trayectoria profesional y por hacer realidad este sueño.
A mis Padres con la mayor gratitud por todos sus esfuerzos, desvelos y sacrificios para
ue yo pudiera terminar mi carrera profesional. Por todo el apoyo y consejos ue me dieron es
esos momentos de duda. Por haberme dado todo y por enseñarme a luchar por lo ue se uiere.
!racias por guiar mi camino y estar siempre junto a mí en los momentos difíciles.
Por todo esto y m"s, este triunfo tambi#n es de ustedes.
A mis profesores, gracias por ayudarme a hacer posible un logro m"s$ el cual no ser" el %ltimo,
pero uiz" el m"s importante. !racias por la fe ue depositaron en mí y el conocimiento ue me
dieron sin esperar nada a cambio m"s ue el orgullo de hacer de mí un triunfador.
&on mucho cariño y respeto' (arco Alejandro )alinas (#ndez
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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
A continuaci*n se aborda el tema de la automatizaci*n industrial, conforme a esto se plantea eldiseño de un tablero de entrenamiento ue sirve como apoyo a la formaci*n de +ngenieros en
&ontrol y Automatizaci*n en los aboratorio Pesados - en E)+(E acatenco.
/na vez planteado esto se asentar"n los objetivos ue debe cumplir el proyecto en curso y se
har" referencia a otros proyectos similares para tener en cuenta su funcionamiento y así
mejorarlo.
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL
a automatizaci*n es la facultad ue poseen algunos procesos físicos para desarrollar las
actividades de operaci*n y funcionamiento en forma aut*noma, es decir, por cuenta propia.
En )istemas de Producci*n +ndustrial, los procesos de producci*n son operaciones o fases ue
definen un estado de un producto 0o servicio1 o consiguen su estado final. Estas operaciones serealizan a trav#s de actividades de producci*n, siendo #stas las ue transforman materia y
energía, incluso informaci*n, desde un estado 0físico, uímico y biol*gico1 a otro.
En síntesis, la Automatizaci*n +ndustrial se puede entender como la facultad de autonomía o
acci*n de operar por sí solo ue poseen los procesos industriales y donde las actividades de
producci*n son realizadas a trav#s de acciones aut*nomas, y la participaci*n de fuerza física
humana es mínima y la de inteligencia artificial, m"2ima. 3ay ue recordar ue #sta es producto
de la inteligencia natural, pero su manifestaci*n en los sistemas de control es mediante la programaci*n en los distintos tipos de procesadores, por lo ue es artificial.
En general, las cosas y los sistemas se crean y se desarrollan fundamentalmente por la necesidad.
En este caso, la Automatizaci*n +ndustrial es causada por las mejoras al producto y a su proceso
de fabricaci*n. Asociado al producto 0semielaborado o terminado1 se tienen par"metros
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como cantidad, calidad, mercado, m#todos de producci*n, gesti*n y planificaci*n de la
producci*n, economía de producci*n y otros. Es auí donde la Automatizaci*n toma cuerpo,
sentido y se despliega en toda su e2presi*n.
En los %ltimos años, la Automatizaci*n particip* en las dos %ltimas revoluciones industriales de
las tres ue e2isten a la fecha. En la primera, las operaciones industriales pasaron a ser m"s
mentales y creativas, con lo ue se logr* un mejor control de los procesos. En la segunda, la
inform"tica y las comunicaciones son componentes de un sistema altamente automatizado,
realizando la integraci*n total de un sistema de producci*n, uniendo la gesti*n empresarial con
las funciones de campo o terreno 0actividades de producci*n1.
La Automatización Industrial se hace posible mediante los Sistemas de Control, que son
organizaciones de equipos e instrumentos (lo físico), que combinados con
procedimientos mentales o algorítmicos (lo inteligente) trabaan en torno a propósitos
pre!iamente establecidos (lo deseado)"
Las funciones principales de un Sistema de Control son la obser!ación del proceso # sus
!ariables a automatizar, el acondicionamiento de las !ariables # par$metros
obser!ados, el procesamiento de esta información # su comparación con lo deseado #,
posteriormente, la acción de corrección de los elementos terminales para conseguir lo
deseado"
Los Sistemas de Control se mani%estan desde un sistema mu# simple (uni!ariable)
hasta altamente compleo (multi!ariable, multiprocesamiento #&o multitarea)" 'ste
grado de compleidad se dar$ segn el tipo de instrumentación a usar, el tipo de
procesamiento # los alcances que se desea dar a la automatización" 'stos alcances
depender$n de situaciones como, por eemplo, Super!isión # Control de la roducción
(integración global del Sistema de roducción), Control de rocesos Industriales (maneo
# regulación de !ariables del sistema), Sistemas de Seguridad en la roducción
(alarmas del sistema, protección de personas # dispositi!os dentro del proceso
producti!o), *+todos de roducción (tipo n- ., secuencias, discontinua, continua,
producción por unidad, por lotes o batch, por masa o !olumen) # %nalmente, el factor
económico (la in!ersión hacia el sistema de control)"
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OBJETI'O GENERAL
+mplementar el sistema de posici*n de un motor de inducci*n por medio de un controlador
programable de automatizaci*n 0PA&1 # darle un enfoque did$ctico como módulo deentrenamiento, integrando di!ersos dispositi!os con conecti!idad 'thernet"
OBJETI'OS ESPEC("ICOS
+mplementar a un tablero de control
&ontrolar la posici*n y velocidad del motor de inducci*n.
4ealizar un control distribuido por medio de la red Ethernet.
JUSTI"ICACIÓN
El hecho de automatizar un m*dulo de entrenamiento aplicado a la posici*n de un motor de
inducci*n, se debe a ue, en la industria nos vamos a encontrar en numerosas ocasiones el
problema de medir ciertas distancias para saber si nuestra herramienta ha llegado a la posici*n
indicada. 5ambi#n nos servir" como seguridad en nuestros sistemas para garantizar la posici*n de
nuestros productos. E2isten industrias en donde predomina la precisi*n y sin duda las medidas
tienen ue ser e2actas, de lo contrario los resultados pueden llegar a ser catastr*ficos.
En muchos lugares, la formaci*n ue dan las escuelas hacia los estudiantes, solo es te*rica y
cuando los egresados se enfrentan con problemas en la industria, tienen dificultades
principalmente con la forma de conectar los euipos el#ctricos ya ue conocen el
funcionamiento pero carecen de las habilidades pr"cticas.
Es por eso ue el +nstituto Polit#cnico 6acional se encuentra a la vanguardia en la preparaci*n
de ingenieros ya ue ataca los dos "mbitos tecnol*gicos, tanto pr"ctico como te*rico$ uno de los
puntos clave de esto es ue se cuenta con euipo reciente y de las marcas m"s conocidas en la
industria, tal como Allen 7radley, 8esto y )iemens entre otras.
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E+ instituto cuenta con euipo did"ctico en la preparaci*n en diversas a#reas tecnol*gicas como
son control electromagn#tico, control neum"tico, control electro neum"tico, entre otros muchos
dentro de la carrera de control y automatizaci*n. Es por esta raz*n y con el fin de preparar de una
mejor manera a los estudiantes de la escuela E)+(E acatenco, se propone implementar un lazo
de posici*n para un motor de inducci*n para poder darle un enfoue de m*dulo did"ctico. El
sistema estar" integrado con dispositivos ue se enlazan con una red Ethernet9+P, por medio de
&ompactogi2 -:;; para controlar la velocidad del
motor, un m*dulo Point +9? -:@BAE65, 0e2tensiones o puntos de entradas y salidas1, un
Encoder para el controlar la posici*n del motor. Estos euipos est"n comunicados vía Ethernet por
medio de un )=itch.
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ANTECEDENTES SOBRE TRABAJOS DESARROLLADOS
A continuaci*n se abordan algunos trabajos relacionados con la automatizaci*n de lazo de
posici*n.
CONTROL DE POSICIÓN DE UN MOTOR DE INDUCCIÓN ASNCRONO EN LAZO
CERRADO
En este trabajo se implement* un control de posici*n simple para motor trif"sico asíncrono por
medio del soft=are Easy (otion C.> dentro de una red profibus y se diseñ* el control de posici*n
del motor por medio de la implementaci*n de un lazo cerrado utilizando un encoder incremental.
Adem"s se implement* un 3(+ 03uman(achine +nterface1 por medio del panel de operaci*n
5D> para facilitar el ajuste de los valores de control al usuario
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CAPTULO I
E)5AD? DE A45EEn Este capítulo se abordan los temas con mayor relevancia para poder desarrollar y
comprender el funcionamiento del proyecto de una manera m"s sencilla "
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%% EL PLC Y SUS COMPONENTES
Para comenzar a tocar el tema de los &ontroladores *gicos Programables se deben
conocer los conceptos b"sicos, estructura y características como a continuaci*n se muestran.
%%% DE"INICIÓN
)eg%n lo define la Asociaci*n 6acional de 8abricantes El#ctricos de los Estados /nidos,
un P&, Programable ogic &ontroller 0&ontrolador *gico Programable1 es un dispositivo
digital electr*nico con una memoria programable para el almacenamiento de instrucciones,
permitiendo la implementaci*n de funciones específicas como ser' l*gicas, secuenciales,
temporizadas, de conteo y aritm#ticas$ con el objeto de controlar m"uinas y procesos.
5ambi#n se puede definir como un euipo electr*nico, el cual realiza la ejecuci*n de un
programa de forma cíclica. a ejecuci*n del programa puede ser interrumpida moment"neamente
para realizar otras tareas consideradas m"s prioritarias, pero el aspecto m"s importante es la
garantía de ejecuci*n completa del programa principal.
Estos controladores son utilizados en ambientes industriales donde la decisi*n y la acci*n deben
ser tomadas en forma muy r"pida, para responder en tiempo real.
os P& son utilizados donde se reuieran tanto controles l*gicos como secuenciales o ambos a
la vez.
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%%# CAMPOS DE APLICACIÓN
El P& por sus características especiales de diseño tiene un campo de aplicaci*n muy e2tenso.
a constante evoluci*n del hard=are y soft=are amplía constantemente este campo, para poder
satisfacer las necesidades ue se detectan en el espectro de sus posibilidades reales.
)u utilizaci*n se da fundamentalmente en auellas instalaciones en donde es necesario un
proceso de maniobra, control y señalizaci*n. Por tanto, su aplicaci*n abarca desde procesos de
fabricaci*n industriales de cualuier tipo a transformaciones industriales, o control de
instalaciones, entre otras.
)us reducidas dimensiones, la e2tremada facilidad de su montaje, la posibilidad de almacenar los
programas para su posterior y r"pida utilizaci*n, la modificaci*n o alteraci*n de los mismos,
hace ue su eficacia se aprecie principalmente en procesos en ue se producen necesidades tales
como'
Espacio reducido
Procesos de producci*n peri*dicamente cambiantes
Procesos secuenciales
(auinaria de procesos variables
+nstalaciones de procesos complejos y amplios
&heueo de programaci*n centralizada de las partes del proceso
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Ejemplos de aplicaciones generales'
(aniobra de m"uinas
(auinaria industrial de pl"stico
("uinas transfer
(auinaria de embalajes
(aniobra de instalaciones' instalaci*n de aire acondicionado, calefacci*n
+nstalaciones de seguridad
)eñalizaci*n y control
%%* 'ENTAJAS Y DES'ENTAJAS
6o todos los aut*matas ofrecen las mismas ventajas sobre la l*gica cableada, ello es debido,
principalmente, a la variedad de modelos e2istentes en el mercado y las innovaciones t#cnicas
ue surgen constantemente. 5ales consideraciones obligan a referirse a las ventajas ue
proporciona un aut*mata de tipo medio.
Centajas
(enor tiempo empleado en la elaboraci*n de proyectos, debido a ue no es necesario dibujar
previamente el esuema de contactos, es preciso simplificar las ecuaciones l*gicas, ya ue por lo
general la capacidad de almacenamiento del m*dulo de memoria es lo suficientemente grande
Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni añadir aparatos
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(ínimo espacio del tablero donde se instala el P&
(enor costo de mano de obra de la instalaci*n
Economía de mantenimiento. Adem"s de aumentar la fiabilidad del sistema, al eliminar contactos
m*viles, los mismos aut*matas pueden indicar y detectar averías
Desventajas
&omo inconvenientes podríamos hablar, en primer lugar, de ue hace falta un programador , lo
ue obliga a adiestrar a uno de los t#cnicos en tal sentido. Esta capacitaci*n puede ser tomada en
distintos cursos, inclusive en universidadesEl costo inicial
%# ESTRUCTURA BÁSICA
a estructura b"sica de un P& 08igura >.-1 est" compuesta por'
a &P/
as interfaces de entradas
as interfaces de salidas
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8igura -. - Estructura b"sica de un P&
%#% DE"INICIÓN Y DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES
Procesador' es el FcerebroG del P&, es el responsable de la ejecuci*n del programa desarrollado
por el usuario.
5areas principales'
Ejecutar el programa realizado por el usuario
Administraci*n de la comunicaci*n entre el dispositivo de programaci*n y la memoria, y entre el
microprocesador y los bornes de entrada9 salida
Ejecutar los programas de autodiagn*sticos
Para poder realizar todas estas tareas, el procesador necesita un programa escrito por el
fabricante, llamado sistema operativo. Este programa no es accesible por el usuario y se
encuentra grabado en una memoria ue no pierde la informaci*n ante la ausencia de
alimentaci*n, es decir, en una memoria no vol"til
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(emoria' os P&Hs tienen ue ser capaces de almacenar y retirar informaci*n, para ello
cuentan con memorias. as memorias son miles de cientos de localizaciones donde la
informaci*n puede ser almacenada. Estas localizaciones est"n muy bien organizadas.
En las memorias el P& debe ser capaz de almacenar' Datos del proceso.
)eñales de entradas y salidas
Cariables internas, de bit y de palabra
Datos alfanum#ricos y constantes
Datos de control'
+nstrucciones de usuario, programa
&onfiguraci*n del aut*mata
5anto el sistema operativo como el programa de aplicaci*n, las tablas o registros de
entradas9salidas y los registros de variables o bits internos est"n asociados a distintos tipos de
memoria
a capacidad de almacenamiento de una memoria suele cuantificarse en bits, bytes 0grupo de I
bits1, o =ords 0grupo de -< bits1.
/n bit es una posici*n de memoria ue puede tomar valor FG * F-G
/n byte son I posiciones de memoria agrupadas
/na palabra o =ord son -< posiciones de memoria agrupadas
El sistema operativo viene grabado por el fabricante. &omo debe permanecer inalterado y el
usuario no debe tener enlaces a #l, se guarda en una memoria como las 4?( 04ead ?nly
(emory1, ue son memorias cuyo contenido no se puede alterar inclusive con ausencia de
alimentaci*n.
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5ipos de memoria'
a1 a memoria de datos
5ambi#n llamada tabla de registros 08igura >.>1, se utiliza tanto para grabar datos necesarios a los
fines de la ejecuci*n del programa, como para almacenar datos durante su ejecuci*n y9o
retenerlos luego de haber terminado la aplicaci*n. Este tipo de memorias contiene la informaci*n
sobre el estado presente de los dispositivos de entrada y salida. )i un cambio ocurre en los
dispositivos de entrada o salida, ese cambio ser" registrado inmediatamente en esta memoria.
En resumen, esta memoria es capaz de guardar informaci*n originada en el microprocesador
incluyendo' tiempos, unidades de conteo y rel#s internos.
8igura -. > 4elaci*n entre las terminales de entrada o de salida con una localizaci*n específica en el registro de
E9)
os bornes de cone2i*n de los P& tienen la misma identificaci*n ue la direcci*n de los
registros. Por ejemplo, los bornes de la entrada - est"n relacionados con el lugar de la
memoria de datos ue se encuentra en la palabra , bit -.
&omo puede verse, esta codificaci*n asigna a una %nica entrada o salida, una terminal y
consecuentemente un dispositivo de entrada o salida.
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b1 (emoria de usuario
Es la memoria utilizada para guardar el programa. El programa construido por el usuario debe
permanecer estable durante el funcionamiento del euipo, adem"s debe ser f"cil de leer, escribir o borrar. Por eso es ue se usa para su almacenamiento memorias tipo 4A(, o EEP4?(. A estas
memorias se la llama memoria del usuario o memoria de programa. En el caso de usar memorias
tipo 4A( ser" necesario tambi#n el uso de pilas, ya ue este tipo de memoria se borra con la
ausencia de alimentaci*n. En el caso de usar memorias EEP4?( la informaci*n no se pierde al
uitar la alimentaci*n.
a velocidad con ue se pueden escribir y leer el estado de las entradas y salidas juega un papel
importante en la velocidad de operaci*n del P&, por tal motivo para guardar esta informaci*n se
utilizan memorias tipo 4A( 04andom Access (emory1 ue son muy r"pidas.
%## ENTRADAS Y SALIDAS
Dispositivos de entrada. os dispositivos de entrada y salida son auellos euipos ue
intercambian 0o envían1 señales con el P&.
&ada dispositivo de entrada es utilizado para conocer una condici*n particular de su entorno,
como temperatura, presi*n, posici*n, entre otras.
Entre estos dispositivos podemos encontrar'
)ensores inductivos magn#ticos, *pticos, pulsadores, termopares, 45DHs, encoders, etc.
os dispositivos de salida 08igura -.@1 son auellos ue responden a las señales ue reciben del
P&, cambiando o modificando su entorno.
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Entre los dispositivos típicos de salida se pueden encontrar'
&ontactores de motor
Electrov"lvulas
+ndicadores luminosos o simples rel#s
!eneralmente los dispositivos de entrada, los de salida y el microprocesador trabajan en
diferentes niveles de tensi*n y corriente. En este caso las señales ue entran y salen del P&
deben ser acondicionadas a las tensiones y corrientes ue maneja el microprocesador, para ue#ste las pueda reconocer. Jsta es la tarea de las interfaces o m*dulos de entrada o salida.
8igura -. @ Dispositivos de entradas y salidas
as entradas se pueden clasificar en'
a1 Entradas Digitales
5ambi#n llamadas binarias u FonoffG, son las ue pueden tomar s*lo dos estados' encendido o
apagado, estado l*gico - * 08igura -.1.
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os m*dulos de entradas digitales trabajan con señales de tensi*n. &uando por un borne de
entrada llega tensi*n, se interpreta como F-G y cuando llega cero tensi*n se interpreta como FG.
E2isten m*dulos o interfaces de entradas de corriente continua para tensiones de ;, ->, > * I
C&D y otros para tensi*n de -- * >> C&A.
8igura -. )eñal binaria digital
os P&Hs modernos tienen m*dulos de entrada ue permiten conectar dispositivos con salida
P6P o 6P6 en forma indistinta 08igura -.;1. a diferencia entre dispositivos con salida P6P o
6P6 es como la carga 0en este caso la carga es la entrada del P&1 est" conectada con respecto al
neutro o al positivo.
8igura >. ; Entrada de com%n positivo o negativo est"ndar
as señales digitales en contraste con las señales anal*gicas no varían en forma continua, sino
ue cambian en pasos o en incrementos discretos en su rango. a mayoría de las señales
digitales utilizan c*digos binarios o de dos estados.
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as entradas discretas, tanto las de la corriente continua como las de la corriente alterna,
est"n compuestas por una estructura típica ue se puede separar en varios bloues 08igura >.
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&ircuito l*gico de entrada' es el encargado de informar a la &P/ el estado de la entrada cuando
#ste lo interrogue
&uando la señal llega hasta los bornes del P& tiene ue atravesar todos estos bloues.
4ecorrer este camino le lleva un tiempo ue es llamado' tiempo de respuesta de la entrada.
/n aspecto a analizar es el tiempo mínimo de permanencia o ausencia de una señal reuerida
para ue el P& la int#rprete como * -. )i una variable de proceso pasa al estado l*gico -, y
retorna al estado en un tiempo inferior al tiempo de respuesta de la entrada, es posible ue le
P& no llegue a leerla.
b1 Entradas Anal*gicas
Estos m*dulos o interfaces admiten como señal de entrada valores de tensi*n o corriente
intermedios dentro de un rango, ue puede ser de >mA, ; C&D o - C&D, convirti#ndola
en un n%mero. Este n%mero es guardado en una posici*n de la memoria del P&.
os m*dulos de entradas anal*gicas son los encargados de traducir una señal de tensi*n o
corriente proveniente de un sensor de temperatura, velocidad, aceleraci*n, presi*n, posici*n, o
cualuier otra magnitud física ue se uiera medir en un n%mero para ue el P& la puedainterpretar. En particular es el convertidor anal*gico digital 0A9D1 el encargado de realizar esta
tarea.
/na entrada anal*gica 08igura -.:1 con un convertidor A9D de I bits podr" dividir el rango de la
señal de entrada en >;< valores.
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8igura -. : )eñal anal*gica
os m*dulos de salida digital permiten al P& actuar sobre elementos ue admitan *rdenes de
tipo prendido apagado, todo o nada u Fon offG.
El valor binario de las salidas digitales se convierte en la apertura o cierre de un rel# interno del
P&, en el caso de m*dulos de salidas a rel#.
E2iste una gran cantidad de m*dulos de salida discreta, todos ellos con la misma estructura
ue se presenta en la 8igura -.I.
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8igura -. I Estructura típica de las salidas del P&
&ircuito l*gico de salida' es el receptor de la informaci*n enviada por la &P/
Aislamiento' cumple la misma funci*n ue en las interfaces de entrada
+ndicador de estado' tambi#n tiene la misma funci*n ue en la entrada
&ircuito de cone2i*n' est" compuesto por el elemento de salida al campo ue maneja la carga
conectada por el usuario.
Protecci*n' son internas al P& y pueden ser fusibles en serie con los contactos de salida, alguna
protecci*n electr*nica por sobrecarga, o alg%n circuito 4&. 4ecordar ue en caso de ue m"s de
una salida use un solo borne de referencia, es #ste el ue lleva asociada la protecci*n. Por lo cual
si esta protecci*n act%a dejar"n de funcionar todas las salidas asociadas a ese borne com%n
El tiempo de respuesta de la salida, al igual ue en las entradas, se denomina tiempo de respuesta
de la salida al tiempo ue tarda una señal para pasar por todos los bloues. E2isten cuatro
posibilidades para el circuito de cone2i*n de una salida'
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-. )alida a rel#
Es una de las m"s usuales. &on ellos es posible conectar tanto cargas de corriente alterna como
continua. )uelen soportar hasta >A de corriente. /na buena pr"ctica en la instalaci*n es verificar ue la corriente m"2ima ue consume la carga est# dentro de las especificaciones de la salida del
P&.
os tiempos de conmutaci*n de estos tipos de salidas llegan a los - ms, tanto para la cone2i*n
como para la descone2i*n. Algunas cargas son muy problem"ticas, por ejemplo las cargas
inductivas, ue tienen la tendencia a devolver corriente al circuito cuando son conectadas. )iendo
la corriente estimada en unas @ veces a la corriente de consumo nominal.
Esto genera picos de voltaje ue pueden dañar la salida a la ue est" conectada la carga. Para
minimizar estos riesgos se utilizan com%nmente diodos, varistores u otros circuitos de protecci*n.
os rel#s son internos al P&. El circuito típico es el ue se muestra en la 8igura >.K. &uando el
programa active una salida, el P& aplicar" internamente tensi*n a la bobina del rel#. Esta
tensi*n har" ue se cierren los contactos de dicho rel#. En ese momento una corriente e2terna
pasar" a trav#s de esos contactos y así se alimentar" la carga. &uando el programa desactiva una
salida, el P& desactiva la bobina abriendo así los contactos.
8igura -. K &ontacto de salida a rel#
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>. )alidas a transistor
)*lo son capaces de operar con corriente continua, de baja potencia 0hasta ,; A1. Pero tienen
tiempos de conmutaci*n ue rondan el milisegundo y una vida %til mucho mayor ue la de losrel#s. En este tipo de salida el transistor es el encargado de conectar la carga e2terna cuando el
programa lo indiue. El circuito típico se muestra en la 8igura >.-.
8igura -. - &ontacto de salida a transistor
@. )alidas por triac
(anejan corrientes alternas. Al igual ue los transistores, por ser semiconductores tienen una
vida %til mucho mayor ue la del rel#, ue es un elemento electromec"nico.
. )alidas anal*gicas
os m*dulos de salida anal*gica permiten ue el valor de una variable num#rica interna del
aut*mata se convierta en tensi*n o corriente.
+nternamente en el P& se realiza una conversi*n digital anal*gica 0D9A1, puesto ue el
aut*mata s*lo trabaja con señales digitales. Esta conversi*n se realiza con una precisi*n o
resoluci*n determinada 0n%mero de bits1 y en un intervalo determinado de tiempo 0período
muestreo1.
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Esta tensi*n o intensidad puede servir de referencia de mando para actuadores ue admitan
mando anal*gico, como pueden ser las v"lvulas proporcionales, los variadores de velocidad, las
etapas de los tiristores de los hornos, los reguladores de temperatura, etc. Permitiendo al
aut*mata realizar funciones de regulaci*n y control de procesos continuos.
%#* ALIMENTACIÓN
a fuente de alimentaci*n proporciona las tensiones necesarias para el funcionamiento de los
distintos circuitos del sistema.
a alimentaci*n al &P/ frecuentemente es de > C&D, o de --9>> C&A. En cualuier caso es
el propio &P/ el ue alimenta las interfaces conectadas a trav#s del bus interno.
a alimentaci*n a los circuitos E9) puede realizarse, en alterna a I9--9>> C&A o en
continua a ->9>9I C&D.
%#+ UNIDAD DE PROGRAMACIÓN
El aut*mata debe disponer de alguna forma de programaci*n, la cual se suele realizar empleando
la P&, es la forma m"s c*moda empleada en la actualidad. Permite programar desde un
ordenador personal est"ndar, con todo lo ue ello supone' herramientas m"s potentes,
posibilidad de almacenamiento en soporte magn#tico, impresi*n, transferencia de datos,
monitorizaci*n mediante soft=are, entre otros.
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%* NUE'A TECNOLOGA EN AUTOMATIZACIÓN: PAC,S
Por m"s de una d#cada se ha tenido el debate acerca de las ventajas y desventajas de utilizar
P&Hs 0&ontroladores *gicos Programables1 comparados con el control basado en P&Hs. A
medida ue se incrementan las diferencias entre las P&Hs y P&Hs, con los P&Hs utilizando el
hard=are de anaueles 0&?5)1 y sistemas P& incorporando sistemas operativos en tiempo real,
una nueva clase de controladores, el PA& se torna en un emergente. PA&, el nuevo acr*nimo,
creado por la &orporaci*n de +nvestigaci*n de Automatizaci*n 0A4&1, significa &ontrolador de
Automatizaci*n Programable y es utilizado para describir una nueva generaci*n de
controladores industriales ue combinan la funcionalidad P& y P&. El acr*nimo PA& es
utilizado por vendedores tradicionales de P& para describir los sistemas de alto desempeño.
%*% DE"INICIÓN
/n PA& 0Programmable Automation &ontroller1 es una tecnología industrial orientada al
control automatizado avanzado, al diseño de euipos para laboratorios y a la medici*n de
magnitudes an"logas. El PA& se refiere al conjunto formado por un controlador 0una &P/
típicamente1, m*dulos de entradas y salidas, y uno o m%ltiples buses de datos ue lo
interconectan todo.
Este controlador combina eficientemente la fiabilidad de control de un aut*mata o P&
junto a la fle2ibilidad de monitorizaci*n, c"lculo y desempeño de un computador industrial.
os PA&Hs pueden utilizarse en el "mbito investigador y de laboratorios, pero es sobre todo en el
industrial, para control de m"uinas y procesos. A destacar los siguientes' m%ltiples lazoscerrados de control independiente.
azos de control robusto
Aduisici*n de datos de precisi*n
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An"lisis matem"tico y memoria profunda
(onitorizaci*n remota, visi*n artificial, control de movimiento y rob*tica
)eguridad controlada
Administraci*n de recursos A4P o )AP, entre otros
%*# 'ENTAJAS DE LOS PAC,S EN LA ADQUISICIÓN DE DATOS
/na ventaja de los PA& al compararse con los P&Hs, es la habilidad para procesar y desempeñar
medidas complejas. &on esta característica, puede combinar diferentes sistemas de aduisici*nde datos como frecuencias, formas de onda, voltajes, corrientes, control de movimiento e
incluso, aduisici*n de im"genes. Esto crea un nivel sin precedentes de manipulaci*n y
estandarizaci*n en t#rminos del tipo de señales ue pueden manipularse y procesarse. os PA&Hs
ofrecen cientos de funciones para procesar, analizar y e2traer informaci*n de estas señales.
%** CAPACIDAD DE PROCESAMIENTO
as plataformas PA&Hs ofrece procesadores de %ltima generaci*n como los +ntel &ore > D%o o
incluso &ore Luad de punto flotante, y proporciona la habilidad para ejecutar cientos de
iteraciones y c"lculos P+D simult"neamente, adem"s de otros controles robustos como redes
neuronales o l*gica difusa.
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%*+ DI"ERENCIAS Y SIMILITUDES ENTRE EL PLC- PAC Y PC
En la 5abla -.- se muestra una comparaci*n con las características m"s significativas entre un
P&, un PA& y una P&.
5abla -. - &omparaci*n entre P& y PA&
&aracterísticas P& PA& P&)oporta shocMs el#ctricos y vibraci*n )+ )+ Est"ndar )eguridad y estabilidad )+ )+ 6?4angos de temperatura industriales )+ )+ 6?5rabajo en tiempo real )+ )+ 6?Entradas de fuente de poder redundantes )+ )+ 6?Procesador de punto flotante 6? )+ )+(emoria no vol"til 6? )+ )+&onectividad a Ethernet vía NE7 6? )+ )+&apacidad de administraci*n de recursos 6? )+ )+&apacidad ilimitada de lazos de control 6? )+ )+
%+ SISTEMAS DE COMUNICACIÓN INDUSTRIAL
Al hablar de automatizaci*n, es muy com%n tocar el tema de las comunicaciones industriales, ya
ue a partir de ellas se pueden transmitir datos y realizar acciones de control entre diferentes
euipos en una misma red, a continuaci*n se toca el tema específico de la red Ethernet.
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%+% LAS COMUNICACIONES Y LA INDUSTRIA
a comunicaci*n en las plantas industriales es imprescindible la industria moderna. (uchos
sistemas est"n conformados por euipos de diferentes fabricantes y funcionan en diferentes
niveles de automatizaci*n. Pese a ue puedan estar distanciados entre sí, a menudo se desea ue
trabajen de forma coordinada para un resultado satisfactorio del proceso. El objetivo principal es
la comunicaci*n totalmente integrado en el sistema. Esto reporta la m"2ima fle2ibilidad y
permite integrar sin problemas productos de otros fabricantes a trav#s de las interfaces soft=are
estandarizados. Esta integraci*n total se conoce como &+( 0computer integrated manufacturing1.
En los %ltimos años, las aplicaciones industriales basadas en comunicaci*n digital se han
incrementado haciendo posible la cone2i*n de sensores, actuadores y euipos de control en una
planta de procesamiento. De esta manera, la comunicaci*n entre la sala de control y los
instrumentos de campo se ha convertido en realidad. a comunicaci*n digital debe integrar
la informaci*n provista por los elementos de campo en el sistema de control de procesos.
En la industria coe2isten una serie de euipos y dispositivos dedicados al control de una m"uina
o una parte cerrada de un proceso. Entre estos dispositivos est"n los aut*matas programables,ordenadores de diseño y gesti*n sensores, actuadores, etc. El desarrollo de las redes industriales
ha establecido una forma de unir todos estos dispositivos, aumentando el rendimiento y
proporcionando nuevas posibilidades. as ventajas ue se aportan con una red industrial y cuyo
costo debe ser estudiado, son, entre otras, las siguientes'
Cisualizaci*n y supervisi*n de todo proceso productivo
5oma de datos del proceso m"s r"pida o instant"nea
(ejora del rendimiento general de todo el proceso
Posibilidad de intercambio de datos entre sectores del proceso y entre departamentos
Programaci*n a distancia, sin necesidad de estar a pie de f"brica
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En una red industrial coe2istir"n dispositivos de todo tipo, los cuales suelen agruparse
jer"ruicamente para establecer cone2iones lo m"s adecuadas a cada "rea. 5radicionalmente se
define cuatro niveles dentro de una red industrial como se muestra en la 8igura -.--.
8igura -. -- 6iveles jer"ruicos de una red industrial
6ivel de gesti*n' es el m"s elevado y se encarga de integrar los niveles siguientes en una
estructura de f"brica, e incluso de m%ltiples factorías. as m"uinas auí conectadas suelen ser
estaciones de trabajo ue hacen de puente entre el proceso productivo y el "rea de gesti*n, en el
cual se supervisan las ventas, stocMs, etc. )e emplean una red de tipo A6 0ocal Orea
6et=orM1 o NA6 0Nide Orea 6et=orM1.
6ivel de control' se encarga de enlazar y dirigir las distintas zonas de trabajo. A este nivel se
sit%an los aut*matas de gama alta y los ordenadores dedicados al diseño, control de calidad,
programaci*n, etc. )e suele emplear una red de tipo A6.
6ivel de campo y proceso' se encarga de la integraci*n de peueños automatismos 0aut*matascompactos, multiple2ores de E9), controladores P+D, etc.1 Dentro de subredes o FislasG. En el
nivel m"s alto de estas redes se suelen encontrar uno o varios aut*matas modulares, actuando
como maestros de la red o maestros flotantes. En este nivel se emplean los buses de campo
tradicionales, aunue tambi#n tienen cabida rel# superiores como Ethernet industrial bajo ciertas
premisas ue aseguren el determinismo la red.
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6ivel de E9)' es el nivel m"s pr*2imo al proceso. Auí est"n los sensores y actuadores,
encargados de manejar el proceso productivo y tomar las medidas necesarias para la correcta
automatizaci*n y supervisi*n. )e trata de sustituir los sistemas de cableado tradicionales por
buses de campo de prestaciones sencillas y sistemas de periferia descentralizada.
Esta estructura sin embargo, no es universal, habr" casos en los ue conste ue un n%mero
mayor o menor de niveles, dependiendo del tamaño del proceso y la propia industria.
%+# ETHERNET INDUSTRIAL
Ethernet es una especificaci*n para redes de "rea local ue comprende el nivel físico y el nivel de
enlace del modelo de referencia +)?9?)+. )e implementa en principio sobre una topología bus
serie con mecanismo &)(A9&D para el control del acceso al medio 0(A&1.
8ue desarrollada inicialmente por ero2 &orporation y Digital Euipement &orporation, y ha sido
la base para el desarrollo del est"ndar +EEE I>.@ ue difiere ligeramente de la especificaci*n
Ethernet.
Ethernet se ha convertido r"pidamente en un est"ndar Fde factoG por el gran n%mero de euipos
ue e2isten en el mercado y la gran cantidad de soft=are desarrollado para esta red.
)e implementa originalmente sobre cable coa2ial, modific"ndose la señal en banda base
mediante el c*digo (anchester. )in embargo se han desarrollado especificaciones para ue la red
Ethernet se pueda implementar sobre otros soportes físicos' par trenzado, fibra *ptica, etc. y
soportando mayores velocidades de transmisi*n. Es m"s, el original control de acceso al medio
&)(A9&D ha sido pr"cticamente desplazado por las t#cnicas de conmutaci*n 0Ethernet
conmutada1, ue agilizan el tr"fico de la red, aumentan el ancho de banda de transmisi*n
disponible, aumenta el n%mero de nodos ue se pueden conectar a una red local y minimizan
tanto la posibilidad de p#rdida de mensajes, retardo de propagaci*n de estos hasta su destino.
Este hecho ha provocado ue Ethernet se haya incorporado definitivamente al entorno industrialcomo un medio de transmisi*n fiable, r"pido y pr"cticamente determinista.
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%+* DE"INICIÓN
Ethernet9+P, es una abrebiatura de FEthernet +ndustrial ProtocolG 0Protocolo +ndustrial Ethernet1,
es una soluci*n abierta est"ndar para la intercone2i*n de redes industriales ue aprovecha los
medios físicos y los chips de comunicaciones Ethernet comerciales. )i se tiene en cuenta ue la
tecnología Ethernet se utiliza desde mediados de los años setenta y su gran aceptaci*n en todo el
mundo, no es de e2trañar ue Ethernet brinde la mayor comunidad de proveedores del mundo.
Al utilizar la tecnología Ethernet, no s*lo sigue una tendencia tecnol*gica com%n actualmente,
sino ue, adem"s, se disfruta de la posibilidad de obtener acceso a datos en el nivel de los
dispositivos mediante +nternet.
Ethernet9+P ha sido diseñada para satisfacer la gran demanda de aplicaciones de control
compatibles con Ethernet. Esta soluci*n est"ndar para la intercone2i*n de redes admite la
transmisi*n de mensajes implícita 0transmisi*n de mensajes de E9) en tiempo real1 y la
transmisi*n de mensajes e2plícita 0intercambio de mensajes1. Ethernet9+P es una red abierta ue
utiliza tecnología comercial ya e2istente, como'
El est"ndar de vínculo físico y de datos +EEE I>.@
El conjunto de protocolos Ethernet 5&P9+P 0Protocolo de control de transmisi*n9Protocolo
+nternet1, est"ndar del sector para Ethernet
Protocolo de control e informaci*n 0&+P1, el protocolo ue permite la transmisi*n de mensajes de
E9) en tiempo real e informaci*n9transmisi*n de mensajes entre dispositivos similares
%++ MODELO OSI DE ISO
El modelo ?)+ 0?pen )ystems +nterconnection1 de +)? 0+nternational )tardards ?rganozation1
fue una propuesta para la estandarizaci*n de las redes de ordenadores ue permite interconectar
sistemas abiertos y ofrece al usuario la posibilidad de garantizar la interoperabilidad de los
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productos entre sí. Este modelo tiene siete capas, diseñadas con arreglo a los siguientes
principios'
-. /na capa se crear" en situaciones en las ue se reuiera un nivel diferente de abstracci*n.
>. &ada etapa deber" realizar una funci*n bien definida
@. a funci*n ue realiza cada etapa deber" seleccionar se toman en cuenta la minimizaci*n
del flujo de informaci*n a trav#s de las interfaces entre capas
. El n%mero de capas ser" suficientemente grande como para ue funciones diferentes no
est#n en la misma capa, y suficientemente peueño para ue la aruitectura no sea difícil de
manejar
El modelo ?)+ 08igura -.->1 por sí mismo, no es una aruitectura de red puesto ue no
especifica el protocolo ue debe usarse en cada capa. Posteriormente, estos protocolos fueron
implementados por los fabricantes de soft=are de comunicaciones, ajust"ndose a las funciones de
cada una de las capas.
8igura -. -> 6iveles del modelo ?)+
A continuaci*n se describen las funciones de cada una de las : capas'
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6ivel -' define las condiciones físicas como son los niveles de corriente, tensi*n, modulaci*n,
frecuencia, etc. ue son necesarias para hacer efectiva la comunicaci*n sobre un medio de
transmisi*n cableado o a#reo
6ivel >' se define el mecanismo de acceso al medio de transmisi*n y el direccionamiento de las
estaciones, de forma ue durante un tiempo definido s*lo una estaci*n podr" enviar datos a trav#s
del medio de transmisi*n ue se utilice. os datos se estructura en tramas para su correcta
interpretaci*n y se comprueba la transmisi*n sin errores de los mismos
6ivel @' encargado de conectar y encaminar los datos ue se han de viajar a trav#s de varias
subredes y controlar los posibles problemas de congesti*n de la red
6ivel ' garantiza la seguridad en el transporte y la coherencia de los datos transmitidos. Es el
encargado de coordinar tareas como el control de flujo, la segmentaci*n en bloues y laconfirmaci*n o acuse de recibo correcto de los datos. Para realizar estas funciones se establecen
cone2iones ue garantizan ue ambos e2tremos est"n preparados para el intercambio de datos
6ivel ;' se encarga del control de comunicaci*n. )e hace cargo de la sincronizaci*n de la misma
y del control del uso ue hace cada usuario de la red
6ivel
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5ransferencia de archivos
< &apa de presentaci*n4epresentaci*n de datos
sincronizadosenguaje com%n
; &apa de sesi*n)incronizaci*n control de
comunicaci*n
&oordinaci*n de la
comunicaci*n 0iniciofin1
&apa de transporte
Establecimiento95erminaci*n de
cone2iones
&onfirmaciones
)egmentaci*n
5ransmisi*n asegurada de
infoprmacion
@ &apa de redEncaminamiento hacia subredes
(etodo de enlace
+ntercone2i*n entre distintas
subredes
> &apa de enlaceEstructuraci*n de losmensajes
en tramas&omprobaci*n &4& 0errores1
- &apa fisica )oporte t#cnico de transmisi*n
)eñales ue codifican la
informaci*n
(edio de transmisi*n 0cable,
a#reo1
5abla -. > &aracterísticas de las capas de informaci*n seg%n +)?
%+. EL MODELO TCP/IP
5&P9+P es el protocolo del nivel de transporte y red de +nternet y suele estar vinculado
con las instalaciones Ethernet y el mundo de los negocios. Proporciona una serie de servicios ue
puede utilizar cualuier pareja de dispositivos para compartir datos. Dado ue la tecnología
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Ethernet y los conjuntos de protocolos est"ndar como 5&P9+P han sido promocionados para uso
p%blico, se han producido de forma masiva y pueden conseguirse f"cilmente medios físicos y
herramientas de soft=are estandarizadas, con lo ue puede disfrutar de las ventajas de una
tecnología conocida y una gran facilidad de acceso.
El /DP9+P 0Protocolo de datagrama de usuario1 tambi#n se utiliza junto con la red Ethernet.
/DP9+P proporciona un transporte de datos r"pido y eficiente, características necesarias para el
intercambio de datos en tiempo real.
Para ue Ethernet9+P tenga #2ito, se ha agregado el protocolo &+P al conjunto 5&P9/DP9+P con el
fin de proporcionar un nivel de aplicaciones com%n. Por lo tanto, cuando se elija un producto
Ethernet9+P, estar" seleccionado tambi#n prestaciones de 5&P9+P y &+P. Ethernet9+P utiliza el
modelo de red de productor9 consumidor, al igual ue las redes Device6et y &ontrol6et, ue
tambi#n utilizan &+P.
&on la introducci*n de la tecnología de conmutaci*n de Ethernet y la transmisi*n de datos full
d%ple2, se eliminan las colisiones de datos y el rendimiento mejora dr"sticamente en la red
Ethernet9+P.
%+& TOPOLOG(A
Por lo general, una red Ethernet9+P utiliza una topología de estrella activa en la ue los gruposde dispositivos ue est"n conectados punto a punto con un conmutador. a ventaja de una
topología en estrella radica en la compatibilidad con productos de - y - (bps.
Puede combinar dispositivos de - y - (bps, y el conmutador Ethernet negociar" la
velocidad. Asimismo, la topología de estrella le ofrece cone2iones f"ciles de cablear o de
depurar, o en las ue resulta f"cil detectar fallos y llevar a cabo tareas de mantenimiento.
%+0 CAPA DE RED
a familia de protocolos 5&P9+P fue diseñada para permitir la intercone2i*n entre distintas
redes. El mejor ejemplo de intercone2i*n de redes es +nternet' se trata de un conjunto de redes
unidas mediante encaminadores o routers.
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&ada host 0ordenador1 tiene una direcci*n física ue viene determinada por su adaptador de red.
Estas direcciones se corresponden con la capa de acceso al medio y se utilizan para comunicar
dos ordenadores ue pertenecen a la misma red. Para identificar globalmente un ordenador
dentro de un conjunto de redes 5&P9+P se utilizan las direcciones +P 0capa de red1.
?bservando una direcci*n +P sabremos si pertenece a nuestra propia red o a una distinta 0todas
las direcciones +P de la misma red comienzan con los mismos n%meros1.
3ost Direcci*n física Direcci*n +P4ed
A 77::D-K>.-.-KD-.-..-
7 E&@@:KA8 -.-..:4ED>
4>7>>;>->@:7E
-.-..>
A@77I-DAD7
4ED@& 7>A7@-:->K@ >[email protected]:.:@D EIKA7->K> >[email protected]:.>
5abla -. @ +dentificaci*n de diferentes host en una red
El concepto de red est" relacionado con las direcciones +P ue se configuren en cada ordenador,
no con el cableado. Es decir, si tenemos varias redes dentro del mismo cableado solamente losordenadores ue permanezcan a una misma red podr"n comunicarse entre sí. Para ue los
ordenadores de una red puedan comunicarse con los de otra red es necesario ue e2istan routers
ue interconecten las redes. /n router o encaminador no es m"s ue un ordenador con varias
direcciones +P, una para cada red, ue permita el tr"fico de pauetes entre sus redes.
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%+1 DIRECCIONES IP
a direcci*n +P es el identificador de cada host dentro de una red de redes. &ada host conectado
a una red tiene una direcci*n +P asignada, la cual debe ser distinta a todas las dem"s direcciones
ue est#n vigentes en ese momento en el conjunto de redes visibles por el host. Pero sí se
podrían tener dos ordenadores con la misma direcci*n +P siempre y cuando pertenezcan a redes
independientes entre sí 0sin ning%n camino posible ue las comuniue1.
as direcciones +P se clasifican en'
Direcciones +P p%blicas. )on visibles en todo +nternet. /n ordenador con una +P p%blica es
accesible 0visible1 desde cualuier otro ordenador conectado a +nternet. Para conectarse a
+nternet es necesario tener una direcci*n +P p%blica.
Direcciones +P privadas 0reservadas1. )on visibles %nicamente por otros hosts de su propia red o
de otras redes privadas interconectadas por routers. )e utilizan en las empresas para los puestos
de trabajo. os ordenadores con direcciones +P privadas pueden salir a +nternet por medio de un
router 0o pro2y1 ue tenga una +P p%blica. )in embargo, desde +nternet no se puede acceder a
ordenadores con direcciones +P privadas.
A su vez, las direcciones +P pueden ser'
Direcciones +P est"ticas 0fijas1. /n host ue se conecte a la red con direcci*n +P est"tica siempre
lo har" con una misma +P. as direcciones +P p%blicas est"ticas son las ue utilizan los servidores
de
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+nternet con objeto de ue est#n siempre localizables por los usuarios de +nternet. Estas
direcciones hay ue contratarlas.
Direcciones +P din"micas. /n host ue se conecte a la red mediante direcci*n +P din"mica, cada
vez lo har" con una direcci*n +P distinta. as direcciones +P p%blicas din"micas son las ue se
utilizan en las cone2iones a +nternet mediante un m*dem. os proveedores de +nternet utilizan
direcciones +P din"micas debido a ue tienen m"s clientes ue direcciones +P 0es muy
improbable ue todos se conecten a la vez1.
as direcciones +P est"n formadas por bytes 0@> bits1. )e suelen representar de la forma a. b. c.
d donde cada una de estas letras es un n%mero comprendido entre el y el >;;, tambi#n se
pueden representar en forma he2adecimal desde la ... hasta la 88.88.88.88
o en binario, desde la ... hasta la
--------.--------.--------.--------.
%+2 CLASES DE DIRECCIÓN IP
Para ue en una red dos computadoras puedan comunicarse entre sí ellas deben estar
identificadas con precisi*n. Este identificador viene definido por el protocolo utilizado. 5&P9+P
utiliza un identificador denominado direcci*n +nternet o direcci*n +P, cuya longitud es de @> bits
0 bytes1. a direcci*n +P identifica tanto a la red a la ue pertenece una computadora como a
ella misma dentro de dicha red.
o anterior se resuelve mediante la definici*n de las Q&lases de Direcciones +PQ. Para clarificar lo
anterior se tiene ue una red con direcci*n clase A ueda precisamente definida con el primer
byte de la direcci*n, la clase 7 con los dos primeros y la & con los tres primeros bytes. os bytes
restantes definen los nodos en la red específica tal como se muestra en la 5abla -..
5abla -. +P clase A, 7 y &
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+dentificaci*n 6%mero 6%mero de 4ango de ("scara de
&lase
de red de host de redes hosts direcciones subred
-...
A - byte @ bytes ->< --;
>;;...
->:...
->I.-..
7 > bytes > bytes -;;..
-K-.>;..
-K>.-.-.
& @ bytes - byte >.K:.-> >;;
>;;.>;;.>;;.
>>@.>;.>;.
&lase A
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)on las ue en su primer byte tienen un valor comprendido entre - y ->:, incluyendo ambos
valores. Estas direcciones utilizan %nicamente este primer byte para identificar la red, uedando
los otros tres bytes disponibles para cada uno de los hosts ue pertenezcan a esta misma red. Esto
significa ue podr"n e2istir m"s de diecis#is millones de ordenadores en cada una de las redes de
esta clase. Este tipo de direcciones es usado por redes muy e2tensas, pero hay ue tener en
cuenta ue s*lo puede haber ->< redes de este tamaño. A4PAnet es una de ellas, e2istiendo
adem"s algunas grandes redes comerciales,
aunue son pocas las organizaciones ue obtienen una direcci*n de Qclase AQ. o normal para las
grandes organizaciones es ue utilicen una o varias redes de Qclase 7Q.
&lase 7
Estas direcciones utilizan en su primer byte un valor comprendido entre ->I y -K-, incluyendo
ambos. En este caso el identificador de la red se obtiene de los dos primeros bytes de la
direcci*n, teniendo ue ser un valor entre ->I.- y -K-.>; 0no es posible utilizar los valores y
>;; por tener un significado especial1. os dos %ltimos bytes de la direcci*n constituyen el
identificador del host permitiendo, por consiguiente, un n%mero m"2imo de y >>@, incluyendo
ambos valores. Este tercer tipo de direcciones utiliza los tres primeros bytes para el n%mero de la
red, con un rango desde -K>.-.- hasta >>@.>;.>;. De esta manera ueda libre un byte para el
host, lo ue permite ue se conecten un m"2imo de >; ordenadores en cada red. Estas
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direcciones permiten un menor n%mero de host ue las anteriores, aunue son las m"s numerosas
pudiendo e2istir un gran n%mero redes de este tipo 0m"s de dos millones1.
En la clasificaci*n de direcciones se puede notar ue ciertos n%meros no se usan, el valor ->:en el primer byte se utiliza en algunos sistemas para prop*sitos especiales. 5ambi#n es
importante notar ue los valores y >;; en cualuier byte de la direcci*n no pueden usarse
normalmente por tener otros prop*sitos específicos.
En la 5abla >.; se muestran dos clases adicionales de direcciones +P, ue tienen un uso
específico.
5abla >. ; +P especiales
)e reservan todas las direcciones para multidestino
0multicast1, es decir, un ordenador transmite un >>...
Dmensaje a un grupo especifico de ordenadores de >@K.>;;.>;;.>;;
esta clase
>...
E E2clusivamente para fines e2perimentales
>:.>;;.>;;.>;;
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%+%$ MASCARA DE SUBRED
/na m"scara de subred es auella direcci*n ue enmascarando nuestra direcci*n +P, nos indica si
otra direcci*n +P pertenece a nuestra subred o no. a 5abla -.< muestra las m"scaras de subred
correspondientes a la clase A, 7 y &.
&lase (ascara de subredA >;;...
7 >;;.>;;..
& >;;.>;;.>;;.5abla -. < (ascaras de subred seg%n su clase
%. REGULACIÓN DE LA 'ELOCIDAD EN MOTORES
/n regulador electr*nico de velocidad est" formado por circuitos ue incorporan
transistores de potencia como el +!75 0transistor bipolar de puerta aislada1 o tiristores, siendo el
principio b"sico de funcionamiento transformar la energía el#ctrica de frecuencia industrial en
energía el#ctrica de frecuencia variable.
Esta variaci*n de frecuencia se consigue mediante dos etapas en serie. /na etapa rectificadora
ue transforma la corriente alterna en continua, con toda la potencia en el llamado circuito
intermedio y otra inversora ue transforma la corriente continua en alterna, con una frecuencia y
una tensi*n regulables, ue depender"n de los valores de consigna. A esta segunda etapa tambi#n
se le suele llamar ondulador 08igura >.-@1.
5odo el conjunto del convertidor de frecuencia recibe el nombre de inversor.
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8igura >. -@ Etapas de un variador de frecuencia
El modo de trabajo puede se manual o autom"tico, seg%n las necesidades del proceso, dada la
enorme fle2ibilidad ue ofrecen los reguladores de velocidad, permitiendo hallar soluciones para
obtener puntos de trabajo *ptimos en todo tipo de procesos, pudiendo ser manejados por
ordenador, P&, señales digitales o de forma manual.
a mayoría de las marcas incluyen dentro del propio convertidor protecciones para el motor, tales
como protecciones contra sobreintensidad, sobretemperatura, fallo contra deseuilibrios,
defectos a tierra, etc. Adem"s de ofrecer procesos de arranue y frenados suaves mediante
rampas de aceleraci*n y de frenado, lo ue redunda en un aumento de la vida del motor y las
instalaciones.
&omo debe saberse, el uso de convertidores de frecuencia añade un enorme potencial para el
ahorro de energía disminuyendo la velocidad del motor en muchas aplicaciones. Adem"s aportan
los siguientes beneficios'
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2 (ejora el proceso de control y por lo tanto la calidad del producto
2 )e puede programar un arranue suave, parada y freno 0funciones de arrancador progresivo1
2 Amplio rango de velocidad, par y potencia. 0velocidades continuas y discretas1
2 7ucles de velocidad
2 Puede controlar varios motores
2 8actor de potencia unitario
2 4espuesta din"mica comparable con los Drives de D&
2 &apacidad de bypass ante fallos del variador
2 Protecci*n integrada del motor
2 (archa paso a paso 0comando R?!1
&on respecto a la velocidad los convertidores suelen permitir dos tipos de control'
2 &ontrol manual de velocidad. a velocidad puede ser establecida o modificada
manualmente
0display de operador1. Posibilidad de variaci*n en el sentido de giro
2 &ontrol autom"tico de velocidad. /tilizando realimentaci*n se puede ajustar lavelocidad autom"ticamente. Esta soluci*n es la ideal para su instalaci*n en aplicaciones en las
ue la velocidad demandada varía de forma continua
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>.;.- 4E&5+8+&AD?4E)
a) RECTIFICADORES NO CONTROLADOS DE TENSIÓN FIJA
El fen*meno de la rectificaci*n se da porue los diodos van conmutando cíclicamente al circuito
de && sobre las fases de &A. Es la tensi*n de esta red la ue va forzando el paso a conducci*n o
bloueo de los diodos, a esta conmutaci*n se le llama forzada. )i s*lo se rectifican las semiondas
positivas de la tensi*n alterna tenemos un montaje de media onda y si se rectifican ambassemiondas, tenemos un montaje de onda completa.
En los montajes de media onda 08igura >.-1 la tensi*n no es continua pura, ya ue e2hibe cierto
grado de rizado u oscilaci*n en torno a su valor medio. os diodos ue conducen en cada
momento son auellos en los ue la tensi*n de la fase en la ue van conectados supera a la de las
otras dos.
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2 &arga sim#trica para la línea trif"sica
2 )e absorben menos arm*nicos de intensidad en la línea trif"sica
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2 a tensi*n continua es de rizado con menor amplitud y por tanto los filtros para
alisado son menores
2 as prestaciones din"micas son mayores, ya ue con seis pulsos se puede variar el"ngulo de encendido seis veces por periodo
>.;.> &+4&/+5? +65E4(ED+?
a etapa central es el denominado circuito intermedio de continua y ue puede funcionar como
fuente de tensi*n o intensidad para la etapa final del ondulador, seg%n la disposici*n ue se
adopte. A veces al ondulador se le llama inversor tal como aparece en la figura, aunue es m"s
correcto llamar inversor a todo el conjunto 0rectificador, circuito intermedio y ondulador1.
a funci*n del circuito intermedio es alimentar la tercera etapa, es decir al ondulador, y esto
puede hacerlo funcionando como fuente de tensi*n, en cuyo caso se colocaría un condensador
electrost"tico entre los terminales 0S1 y 01 para mantener constante la tensi*n y daría lugar a un
inversor con circuito intermedio de tensi*n. &uando el circuito intermedio funciona como fuente
de intensidad para el ondulador, se pone una inductancia en serie con una de sus ramas, su
funci*n es mantener constante la intensidad, y estaríamos hablando de un inversor con circuito
intermedio de intensidad.
)eg%n la configuraci*n ue se adopte las características del inversor son distintas y condiciona
cuestiones tales como' arm*nicos, resistencia de frenado, gama de potencias, accionamiento para
un solo motor o varios a la vez, etc.
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>.;.@ ?6D/,AD?4
El ondulador es un conmutador electr*nico ue comunica alternativamente la tensi*n o
intensidad continua del circuito intermedio sobre las fases del motor de &A conectado a su
salida. a disposici*n m"s com%n es el puente trif"sico de !raetz y est" formado por
semiconductores controlables ue pueden ser tiristores, tiristores desconectables por puerta
0!5?1, transistores de potencia, +!75 0transistor bipolar de puerta aislada o (?)8E5
0transistor de efecto campo de *2ido met"lico1, tal como se muestra en la 8igura >.-. -< &ircuito general del ondulador
En funci*n de la mayor o menor perfecci*n del sistema de conmutaci*n lograremos ue las
ondas de tensi*n a la salida hagan ue las corrientes absorbidas se aceruen m"s o menos al
sistema trif"sico senoidal.
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3ay distintas formas de regular la tensi*n de salida del inversor como son'
2 Cariar el valor de la tensi*n en el circuito intermedio
2 Cariar el ancho de la zona de conducci*n de cada semionda de salida
2 Cariar la tensi*n de salida en funci*n de la proporci*n entre los tiempos de cone2i*n y
descone2i*n de los semiconductores de potencia mediante la t#cnica de regulaci*n PN(
0iniciales de (odulaci*n del Ancho de Pulso, en ingl#s1. Adem"s de regular la salida, este
m#todo tiene la ventaja de generar una onda de tensi*n de salida ue mejora notablemente la
onda de intensidad absorbida por el motor, lo cual hace ue el motor funcione de forma
semejante a si estuviera alimentado por tensiones senoidales de la red. &on ello se logra la
grandísima ventaja de emplear motores normalizados de fabricaci*n en serie sin la necesidad de
fabricar motores específicos para poder ser regulados por convertidores
>.;. 8/6&+?6A(+E65? DE (?5?4 A)T6&4?6? A+(E65AD? P?4
&?6CE45+D?4E)DE 84E&/E6&+A
os inversores con circuito intermedio de tensi*n son los m"s usados en aplicaciones pr"cticas,
siendo su campo predominante el de las peueñas y medianas potencias. /n inversor se elige en
funci*n de par"metros tales como'
2 Accionar a un solo motor o varios2 7anda necesaria de regulaci*n y su precisi*n
2 &onsecuencias sobre la red el#ctrica del convertidor adoptado
2 U5iene sentido econ*mico prever un retorno de energíaV 08renado regenerativo1
2 Celocidad de respuesta para adaptarse a los cambios de consigna
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Para aprovechar al m"2imo el motor hay ue controlarlo de modo ue el flujo se apro2ime lo m"s
posible al nominal para el cual ha sido diseñado. &uando el motor est" regulado con flujo
constante e igual al nominal presenta unas curvas características como se muestra en la 8igura
>.-:.
8igura >. -: &urvas de parvelocidad de un motor asíncrono alimentado a flujo constante
/na forma de lograr ue el flujo sea constante de manera apro2imada, es hacer ue la tensi*n y
la frecuencia varíen de forma proporcional.
)in embargo esto es s*lo apro2imado, y a medida ue las frecuencias van bajando los flujos
disminuyen tambi#n por lo ue el par para bajas frecuencias disminuye de forma importante, tal
como se muestra en la 8igura >.-I.
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8igura >. -I &urvas de parvelocidad en r#gimen permanente para un motor asíncrono
alimentado con tensi*n y frecuencia variable
Para lograr el funcionamiento con flujo constante es preciso ue a bajas frecuencias la tensi*n
sea m"s elevada ue lo ue dicta la ley sencilla de la proporcionalidad. &uando la regulaci*n
necesaria para
modificar la velocidad supera la frecuencia nominal 0; 3z1, el flujo ha de disminuir, ya ue la
tensi*n no debe ser elevada para no sobrepasar las posibilidades diel#ctricas del bobinado delmotor. En este caso las curvas de par para frecuencias elevadas decrecen, por lo ue habr" ue
verificar ue los menores pares disponibles cumplen los reuisitos de la m"uina accionada a alta
velocidad.
En general en auellos inversores con circuito intermedio de tensi*n, para el control del par
electromagn#tico del accionamiento se emplean los siguientes m#todos'
2 4egular la tensi*n del estator en funci*n de la frecuencia. 0&ontrol C9f1
2 4egulaci*n mediante la descomposici*n vectorial de la intensidad del estator sobre
unos ejes orientados con el flujo magn#tico. 0&ontrol vectorial1
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>.;.; &?654? C9f.
&on este m#todo la tensi*n de alimentaci*n evoluciona proporcionalmente a la frecuencia.
&uando C9f es constante el motor funciona de forma apro2imada con flujo constante en los
regímenes permanentes. Este tipo de control es m"s f"cil de llevar a la pr"ctica en un convertidor
y se suele emplear cuando los reuisitos de regulaci*n son de baja velocidad.
a proporcionalidad C9f desaparece en las bajas frecuencias, adem"s la característica de la curva
de par depende tambi#n de la frecuencia del rotor y de su temperatura, por lo ue el dispositivo
de control del convertidor ha de incluir las correspondientes correcciones.
En los convertidores con este tipo de control, una de las parametrizaciones m"s importante es la
selecci*n o ajuste de la curva C9f 08igura >.-K1.
Algunos convertidores traen varias curvas ya ajustadas en su programaci*n. Para seleccionar la
curva adecuada se debe tener en cuenta las características de tensi*n y frecuencia del motor y la
velocidad m"2ima a la ue puede girar el rotor.
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8igura >. -K &urva característica C9f
/na vez recabada la informaci*n necesaria para comprender de una mejor manera la forma ue
opera el euipo ue se desea usar, lo siguiente es hacer una selecci*n del euipo planeado yhacer los diagramas necesarios seg%n su funcionamiento.