Aplicaciones Indutriales De Plc 4owx

A P L I C

Índice Introducción......................................................................................................................... 2 Objetivos.......................................................................................................................... 4 HISTORIA DE LOS P.L.C....................................................................................................5 CLASIFICACIÓN DEL P.L.C................................................................................................5 MODULAR....................................................................................................................... 5 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL PLC.........................................................................6 Sistemas de automatización............................................................................................7 Fases para la puesta en marcha de un proyecto de automatización.............................10 Campos de aplicación...................................................................................................10 El PLC en las industrias.................................................................................................11 Ejemplos de Aplicaciones de Un PLC............................................................................11 Conclusiones..................................................................................................................... 14 BIBLIOGRAFIA.................................................................................................................15

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Introducción Hasta no hace mucho tiempo el control de procesos industriales se venía haciendo de forma cableada por medio de ores y relees. Al operario que se encontraba a cargo de este tipo de instalaciones, se le exigía tener altos conocimientos técnicos para poder realizarlas y posteriormente mantenerlas. Además, cualquier variación en el proceso suponía modificar físicamente gran parte de las conexiones de los montajes, siendo necesario para ello un gran esfuerzo técnico y un mayor desembolso económico. En la actualidad no se puede entender un proceso complejo de alto nivel desarrollado por técnicas cableadas. El ordenador y los Controladores Lógicos Programables han intervenido de forma considerable para que este tipo de instalaciones se hayan visto sustituidas por otras controladas de forma programada. El Controlador Lógico Programable (PLC) nació como solución al control de circuitos complejos de automatización. Por lo tanto se puede decir que un PLC no es más que un aparato electrónico que sustituye los circuitos auxiliares o de mando de los sistemas automáticos. A él se conectan los captadores (finales de carrera, pulsadores, etc.) por una parte, y los actuadores (bobinas de ores, lámparas, pequeños receptores, etc.) por otra. Los PLC se introdujeron por primera vez en la industria en 1960 aproximadamente. La razón principal de tal hecho fue la necesidad de eliminar el gran costo que se producía al reemplazar el complejo sistema de control basado en relees y ores. Bedford Associates propuso algo denominado Controlador Digital Modular (MODICON, Modular Digital Controler) a un gran fabricante de coches. Otras compañías propusieron a la vez esquemas basados en ordenador, uno de los cuales estaba basado en el PDP-8. El MODICON 084 (Scheider) resultó ser el primer PLC del mundo en ser producido comercialmente. El problema de los relés era que cuando los requerimientos de producción cambiaban también lo hacía el sistema de control. Esto comenzó a resultar bastante caro cuando los cambios fueron frecuentes. Dado que los relés son dispositivos mecánicos y poseen una vida limitada se requería un estricto mantenimiento planificado. Por otra parte, a veces se debían realizar conexiones entre cientos o miles de relés, lo que implicaba un enorme esfuerzo de diseño y mantenimiento. Los "nuevos controladores" debían ser fácilmente programables por ingenieros de planta o personal de mantenimiento. El tiempo de vida debía ser largo y los cambios en el programa tenían que realizarse de forma sencilla. Finalmente se imponía que trabajaran sin problemas en entornos industriales adversos. La solución fue el empleo de una técnica de programación familiar y reemplazar los relés mecánicos por relés de estado sólido. A mediados de los 70 las tecnologías dominantes de los PLC eran máquinas de estado secuencial y U basadas en desplazamiento de bit. Los microprocesadores convencionales cedieron la potencia necesaria para resolver de forma rápida y completa la lógica de los pequeños PLC. Por cada modelo de microprocesador había un modelo de PLC basado en el mismo. 2

Las habilidades de comunicación comenzaron a aparecer en 1973 aproximadamente. El primer sistema fue el bus Modicon (Modbus). El PLC podía ahora dialogar con otros PLC y en conjunto podían estar aislados de las máquinas que controlaban. También podían enviar y recibir señales de tensión variables, entrando en el mundo analógico. Desafortunadamente, la falta de un estándar acompañado con un continuo cambio tecnológico ha hecho que la comunicación de PLC sea un maremagnum de sistemas físicos y protocolos incompatibles entre sí. No obstante, fue una gran década para los PLC.

RESUMEN Dentro del campo de la producción industrial, desde los inicios de la era industrial hasta la actualidad, la automatización ha pasado de ser una herramienta de trabajo deseable a una herramienta indispensable para competir en el mercado globalizado. Ningún empresario puede omitir la automatización de sus procesos para aumentar la calidad de sus productos, reducir los tiempos de producción, realizar tareas complejas, reducir los desperdicios o las piezas mal fabricadas y especialmente aumentar la rentabilidad. El autor, experto en el tema, presentó a los estudiantes de ingeniería de la Universidad Rafael Landívar los principales aspectos que el control y automatización de procesos conlleva enfatizando en la posibilidad de realizar investigación aplicada en cada uno de los diversos campos que esta disciplina incluye.

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Objetivos El Capítulo se centra en los aspectos de diseño de los sistemas de automatización. Es decir, desde el planteamiento de metodologías que permiten la aplicación de tecnologías en al ámbito de la producción industrial, hasta las recomendaciones en forma de diseño ergonómico de interfaces persona-máquina. En algunas ocasiones se adopta el punto de vista de diseño centrado en el ya que finalmente es el operario el encargado de realizar tareas de supervisión o control manual, pese a la incesante presencia de automatismos que facilitan la tarea.

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HISTORIA DE LOS P.L.C Los PLC fueron inventados en respuesta a las necesidades de la automatización de la industria automotriz norteamericana por el ingeniero Estadounidense Dick Morley. el control, la secuenciación, y la lógica para la manufactura de automóviles era realizada utilizando relés, contadores, y controladores dedicados.  En 1968 GM Hydramatic (la división de transmisiones automáticas de General Motors ofertó un concurso para una propuesta del reemplazo electrónico de los sistemas cableados.  La propuesta ganadora vino de Bedford Associates de Boston, Masachusets. El primer PLC, fue designado 084, debido a que fue el proyecto ochenta y cuatro de Bedford Associates. Bedford Associates creo una nueva compañía dedicada al desarrollo, manufactura, venta y servicio para este nuevo producto: Modicon (MOdular DIgital CONtroller o Controlador Digital Modular). (actualmente grupo Schneider Electric). DEFINICIÓN IEC 61131 Un autómata programable es un sistema electrónico programable diseñado para ser usado en un entorno industrial, que utiliza una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones orientadas al , para implantar soluciones específicas tales como, funciones lógicas, secuencia, temporización recuentos y funciones aritméticas con el fin de controlar mediante entradas y salidas digitales y análogas diversos tipos de máquinas o procesos.

CLASIFICACIÓN DEL P.L.C. MODULAR Se divide en: Estructura Americana.- En la cual se separan los módulos de entrada/salida del resto del PLC. Estructura Europea.- Cada módulo realiza una función específica; es decir, un módulo es el U, otro la fuente de alimentación, etc. En ambos casos, tenemos la posibilidad de fijar los distintos módulos (Estructura Modular) o el PLC (Estructura Compacta) en rieles normalizados.

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COMPACTOS Es decir, en un solo bloque se encuentran la U, la fuente de alimentación, la sección de entradas y salidas, y el puerto de comunicación, este tipo de PLC se utiliza cuando nuestro proceso a controlar no es demasiado complejo y no requerimos de un gran número de entradas y/o salidas ó de algún módulo especial.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL PLC VENTAJAS

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Control más preciso. Mayor rapidez de respuesta. Flexibilidad Control de procesos Seguridad en el proceso. Mejor monitoreo del funcionamiento. Menor mantenimiento. Detección rápida de averías Posibilidad de modificaciones sin elevar costos. Menor costo de instalación, operación y mantenimiento. Posibilidad de gobernar varios actuadores con el mismo autómata.

DESVENTAJAS

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Mano de obra especializada. Centraliza el proceso. Condiciones ambientales apropiadas. Mayor costo para controlar tareas mu pequeñas o sencillas.

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Sistemas de automatización La Real Academia de las Ciencias Físicas y Exactas define la automática como el conjunto de métodos y procedimientos para la substitución del operario en tareas físicas y mentales previamente programadas. De esta definición original se desprende la definición de la automatización como la aplicación de la automática al control de procesos industriales. Por proceso, se entiende aquella parte del sistema en que, a partir de la entrada de material, energía e información, se genera una transformación sujeta a perturbaciones del entorno, que da lugar a la salida de material en forma de producto. Los procesos industriales se conocen como procesos continuos, procesos discretos y procesos batch. Los procesos continuos se caracterizan por la salida del proceso en forma de flujo continuo de material, como por ejemplo la purificación de agua o la generación de electricidad. Los procesos discretos contemplan la salida del proceso en forma de unidades o número finito de piezas, siendo el ejemplo más relevante la fabricación de automóviles. Finalmente, los procesos batch son aquellos en los que la salida del proceso se lleva a cabo en forma de cantidades o lotes de material, como por ejemplo la fabricación de productos farmacéuticos o la producción de cerveza.

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El concepto de proceso está claramente relacionado con los conceptos de productos, programas, así como con la planificación de plantas, tal como muestra la figura. La estructura organizativa de la empresa debe contar con una clara relación entre estos conceptos, y para ello el ciclo de diseño está basado en la idea de ingeniería concurrente en la que diversos equipos desarrollan de forma coordinada cada uno de los diseños En concreto es relevante centrarse en qué se va a producir, como y cuando se fabricarán los productos, qué cantidad de producto debe fabricarse, así como especificar el tiempo empleado y el lugar en que se llevarán a cabo dichas operaciones. Estas cuestiones sobrepasan los límites del presente libro (Tompkins et. al., 2006), (Velasco, 2007). En este punto es necesario hacer un breve inciso sobre los tipos de industria existentes y los problemas de control que se plantean en cada tipo de industria. Las industrias relacionadas con la automatización son básicamente la industria manufacturera y la industria de procesos. La industria manufacturera (discrete parts manufacturing) se caracteriza por la presencia de máquinas herramienta de control numérico por ordenador como núcleo de sistemas de fabricación flexible. En esta industria, destaca el uso de estaciones robotizadas en tareas de soldadura al arco o por puntos, pintura, montaje, etc., de forma que en la actualidad la necesidad de automatización es elevada si se desea ofrecer productos de calidad en un entorno competitivo. Uno de los temas principales a 8

resolver en este tipo de industria es la planificación y gestión de la producción: asignación de tareas a máquinas, diseño del layout de la planta, sistemas flexibles que fabriquen diversos productos, políticas de planificación cercanas a la optimización, etc. En cuanto a la industria de procesos (continuous manufacturing), existen fábricas de productos de naturaleza más o menos continua, como la industria petroquímica, cementera, de la alimentación, farmacéutica, etc. Dentro del proceso de fabricación de estas industrias, se investiga en nuevas tecnologías, para la obtención de nuevos catalizadores, bioprocesos, membranas para la separación de productos, microrreactores, etc. En este tipo de industria, destacan la aplicación de algoritmos de control avanzado, - como, por ejemplo, el control predictivo -, o la formación experta de operarios de salas de control mediante simuladores. Respecto a las necesidades de automatización, la industria de procesos tiene un nivel consolidado en cuanto a salas de control con sistemas de control distribuido (DCS), y el uso de autómatas programables para tareas secuenciales o para configurar sistemas redundantes seguros ante fallos, entre otros elementos. No hay que olvidar que las industrias -tanto la manufacturera como la de procesosrealizan grandes esfuerzos en la optimización del proceso. Algunas de ellas se centran en el aspecto de la calidad, mientras que otras se centran en el aspecto de los costes. Estos factores -mejora de la calidad del producto y disminución de costes en la producción- son los condicionantes fundamentales en estas industrias, y en este sentido la automatización industrial contribuye decisivamente desde que a finales de la década de los años setenta apareció el microprocesador, núcleo de los controladores comerciales presentes en el mercado como los autómatas programables, los controles numéricos y los armarios de control de robots manipuladores industriales. En cuanto a la expresión control de procesos industriales, ésta abarca, desde un punto de vista académico, la teoría de control básica de realimentación y acción PID, la instrumentación de control (sensores, actuadores, dispositivos electrónicos, etc.), la aplicación a procesos industriales (como, por ejemplo, la mezcla de componentes en un reactor químico), las diversas arquitecturas de control (centralizado, distribuido), las estructuras de control (, feedforward, cascada, etc.) y la teoría de control avanzada (control predictivo, control multivariable, etc.), por citar algunos de los aspectos más relevantes. Ciñéndonos a los algoritmos de control presentes en las industrias citadas, cabe destacar el control secuencial y la regulación continua. El control secuencial propone estados (operaciones a realizar para la transformación de la materia prima en producto) y transiciones (información relativa a sensores o elementos lógicos como temporizadores o contadores) en una secuencia ordenada que identifica la evolución dinámica del proceso controlado. En la regulación continua, mediante la estructura de control clásica , se aborda la acción de control proporcional, la acción de control derivativo o la acción de control integral, respecto al error (diferencia entre la consigna y la medida de la variable de salida del proceso) para conseguir así una regulación adecuada de la variable (temperatura, caudal, nivel, etc.).

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Fases para la puesta en marcha de un proyecto de automatización Existen complejos procesos de automatización que requieren de la colaboración entre los diversos departamentos de una empresa (gestión, logística, automatización, distribución, etc.). En esta sección se enfoca el problema en concreto en la parte de automatización, desde el punto de vista del trabajo que debe realizar el ingeniero/ingeniera técnica. El marco metodológico consta de las fases siguientes, que el operario debe realizar:

- Automatización - Supervisión - Interacción - Implementación - Pruebas

Campos de aplicación El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso. La constante evolución del hardware y software amplía constantemente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales. Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un proceso de maniobra, control, señalización, etc., por tanto, su aplicación abarca desde procesos de fabricación industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, control de instalaciones, etc. Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la posibilidad de almacenar los programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o alteración de los mismos, etc., hace que su eficacia se aprecie fundamentalmente en procesos en que se producen necesidades tales como: 10

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Espacio reducido. Procesos de producción periódicamente cambiantes. Procesos secuénciales. Maquinaria de procesos variables. Instalaciones de procesos complejos y amplios. Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso. Maniobra de máquinas. Maniobra de instalaciones. Señalización y control. Chequeo de Programas. Señalización del estado de procesos.

El PLC en las industrias El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso. La constanteevolución del hardware y software amplía constantemente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales. Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un proceso de maniobra, control, señalización, etc., por tanto, su aplicación abarca desde procesos de fabricación industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, control de instalaciones, etc. Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la posibilidad de almacenar los programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o alteración de los mismos, etc., hace que su eficacia se aprecie fundamentalmente en procesos en que se producen necesidades tales como: Espacio reducido, procesos de producción cambiantes, procesos complejos y amplios, y que requieren de una programación centralizada de las partes del proceso.

Ejemplos de Aplicaciones de Un PLC

A) Maniobras de Máquinas Maquinaria industrial del mueble y la madera. Maquinaria en proceso de grava, arena y cemento. Maquinaria en la industria del plástico. Maquinas-herramientas complejas. Maquinaria de ensamblaje. Maquinas de transferencia.

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B) Maniobra de Instalaciones Instalaciones de aire acondicionado y calefacción. Instalaciones de seguridad. Instalaciones de almacenamiento y transporte. Instalaciones de plantas embotelladoras. Instalaciones en la industria automotriz Instalación de tratamientos térmicos. Instalaciones de la industria azucarera.

C) Automóvil Cadenas de montaje, soldadura, cabinas de pintura, etc. Máquinas herramientas: Tornos, fresadoras, taladradoras, etc.

D) Plantas químicas y petroquímicas Control de procesos (dosificación, mezcla, pesaje, etc.). Baños electrolíticos, oleoductos, refinado, tratamiento de aguas residuales, etc.

E) Metalurgia Control de hornos, laminado, fundición, soldadura, forja, grúas,

F) Alimentación Envasado, empaquetado, embotellado, almacenaje, llenado de botellas, etc.

G) Papeleras y madereras Control de procesos, serradoras, producción de conglomerados y de laminados, etc.

H) Producción de energía Centrales eléctricas, turbinas, transporte de combustible, energía solar, etc.

I) Tráfico Regulación y control del tráfico, ferrocarriles, etc.

J) Domótica Iluminación, temperatura ambiente, sistemas anti robo, etc.

K) Fabricación de Neumáticos Control de calderas, sistemas de refrigeración, prensas que vulcanizan los neumáticos.

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Control de las máquinas para el armado de las cubiertas, extrusoras de goma. Control de las máquinas para mezclar goma. Las necesidades de la aplicación pueden ser definidas solamente por un análisis detallado del sistema completo. Esto significa que los exámenes detallados deben ser ejecutados en todas las facetas de la maquina u operación del proceso. Una última consideración importante en la aplicación de un PLC es el futuro crecimiento del sistema. Los PLC están diseñados modularmente y por lo tanto con posibilidades de poder expandirse para satisfacer las necesidades de la industria. Es importante que a la aplicación de un PLC se pueda considerar los beneficios de las futuras expansiones.

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Conclusiones 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 ha 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. Cuando se comprendió el gran potencial de los PLC's , como poderosas computadoras que son y se dio la evolución de capacidades que ahora tienen, que no poseían los antiguos circuitos, aparecieron los lenguajes de alto nivel como el "lenguaje de escalera" pero, con la adición de funciones especiales complejas, que en el diagrama de escalera aparecen en el lugar de las salidas". Luego, se desarrollaron los Lenguajes Especiales de Computadora, también de alto nivel, que son muy similares a los lenguajes de programación de computadoras como el Basic y el C, para hacer cada vez más amigable la programación aumentando el aporte de los plc en ámbito industrial.

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BIBLIOGRAFIA http://www.marioperez.com.mx/plc/aplicaciones/ http://www.efn.uncor.edu/departamentos/electro/cat/eye_archivos/apuntes/a_practico/CAP %209%20Pco.pdf http://www.automatas.org/allen/PLC5.htm http://www.sc.ehu.es/sbweb/webcentro/automatica/WebCQMH1/PAGINA %20PRINCIPAL/PLC/FUNCIONAMIENTO/funcionamiento.htm#Modo%20de %20funcionamientoHistoria

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