cartilla automatizacion industrial y plc 2013

7/29/2019 Cartilla Automatizacion Industrial y PLC 2013

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Automatizacin y PLC Ing. Albaizeta Sebastian

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U.F.I.DeT.

Automatizacin y PLC

2013

Ing. Albaizeta Matas Sebastin


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IndiceQUE ES Y PARA QUE SIRVE UN PLC............................................................................................3ANTECEDENTES HISTORICOS ......................................................................................................4DESCRIPCION DE UN PLC ..............................................................................................................5CAMPO DE APLICACIN DE LOS PLC.........................................................................................9VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS PLCs. .....................................................................10Ventajas. .............................................................................................................................................10Inconvenientes. ...................................................................................................................................10

PROGRAMACION LADDER ..........................................................................................................26Descripcin operaciones lgicas con bit:...........................................................................................26Operaciones de comparacin .............................................................................................................26CMP ? I Comparar enteros.................................................................................................................27CMP ? D Comparar enteros dobles....................................................................................................27CMP ? R Comparar nmeros de coma flotante..................................................................................28Operaciones de contaje.......................................................................................................................29Operaciones aritmticas con enteros ..................................................................................................30Operaciones aritmticas en coma flotante..........................................................................................30Operaciones de transferencia .............................................................................................................30Operaciones de temporizacin ...........................................................................................................31

Operaciones lgicas con palabras ......................................................................................................31PROGRAMACION GRAFCET ........................................................................................................42Sistemas Secuenciales ........................................................................................................................42Grafcet ................................................................................................................................................42Elementos de un Grafcet ....................................................................................................................42Etapas .................................................................................................................................................42Transiciones .......................................................................................................................................43Uniones Orientadas ............................................................................................................................43Reglas de Evolucin...........................................................................................................................43Estructuras Frecuentes........................................................................................................................44Divergencia y convergencia en Y ......................................................................................................44

Salto de etapas ....................................................................................................................................44Reutilizacin de secuencias................................................................................................................45Tipos de Grafcet .................................................................................................................................45Ejemplo: Secuencial de Mecanizado.................................................................................................47Ejercicio. Prensa de Dobla Libros ......................................................................................................48COMUNICACIONES INDUSTRIALES..........................................................................................49Principios bsicos ...............................................................................................................................49Informacin ........................................................................................................................................49Clasificacin de las redes de comunicaciones industriales ................................................................50Redes de datos: ...................................................................................................................................51Redes de Empresa y de Fbrica..........................................................................................................51Redes de clula...................................................................................................................................51Redes de control. Conceptos generales..............................................................................................53Redes de controladores.......................................................................................................................55Redes de sensores-actuadores Conceptos generales ..........................................................................55El Bus AS-i.........................................................................................................................................56El ASIC ..............................................................................................................................................56Topologa del bus AS-i ......................................................................................................................56SCADA (Supervisin, Control y Adquisin de Datos)......................................................................60Funciones Principales del Sistema.....................................................................................................61Transmisin de la Informacin ..........................................................................................................62

Comunicaciones .................................................................................................................................62Elementos ...........................................................................................................................................63Perodo de Escaneo ............................................................................................................................65Dispositivos de Campo y Cableado ...................................................................................................65Software Scada ...................................................................................................................................67


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QUE ES Y PARA QUE SIRVE UN PLC.Se entiende por Controlador Lgico Programable (PLC), o Autmata Programable, a toda

mquina electrnica, diseada para controlar en tiempo real y en medio industrial procesossecuenciales. Su manejo y programacin puede ser realizada por personal elctrico o electrnico sinconocimientos informticos. Realiza funciones lgicas: series, paralelos, temporizaciones, cuentas yotras ms potentes como clculos, regulaciones, etc.

Tambin se le puede definir como una caja negra en la que existen unos terminales deentrada a los que se conectarn pulsadores, finales de carrera, fotoclulas, detectores. Unosterminales de salida a los que se conectarn bobinas de contactores, electrovlvulas, lmparas..., detal forma que la actuacin de estos ltimos est en funcin de las seales de entrada que estnactivadas en cada momento, segn el programa almacenado. Esto quiere decir que los elementostradicionales como rels auxiliares, rels de enclavamiento, temporizadores, y contadores soninternos. La tarea del usuario se reduce a realizar el programa, que no es ms que la relacin entrelas seales de entrada que se tienen que cumplir para activar cada salida


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ANTECEDENTES HISTORICOSEl desafo constante que toda industria tiene planteado para ser competitiva ha sido el motor

impulsor del desarrollo de nuevas tecnologas para conseguir una mayor productividad. Debido aque ciertas etapas en los procesos de fabricacin se realizan en ambientes nocivos para la salud, congases txicos, ruidos, temperaturas extremadamente altas o bajas, etctera, unido a consideracionesde productividad, llev a pensar en la posibilidad de dejar ciertas tareas tediosas, repetitivas ypeligrosas a un ente al que no pudieran afectarle las condiciones ambientales adversas: haba nacidola mquina y con ella la automatizacin.

Surgieron empresas dedicadas al desarrollo de los elementos que hicieran posible talautomatizacin; debido a que las mquinas eran diferentes y diferentes las maniobras a realizar, sehizo necesario crear elementos estndares que, mediante la combinacin de los mismos, el usuariopudiera realizar la secuencia de movimientos deseada para solucionar su problema de aplicacinparticular. Rels, temporizadores, contadores..., fueron y son los elementos con que se cuenta pararealizar el control de cualquier mquina. Debido a la constante mejora de la calidad de estoselementos y a la demanda del mercado, que exiga mayor y mejor calidad en la produccin, se fueincrementando el nmero de etapas en los procesos de fabricacin controlados de forma automtica.Comenzaron a aparecer problemas: los armarios tableros de maniobra en donde se coloca elconjunto de rels, temporizadores, contadores, etc., constitutivos de un control, se hacan cada vez

ms y ms grandes, la probabilidad de avera era enorme, su localizacin, larga y complicada, elstock que el usuario se vea obligado a soportar era numeroso, y el costo del mismo se incrementabacada vez ms.

El desarrollo tecnolgico que trajeron los semiconductores primero y los circuitos integradosdespus intentaron resolver el problema sustituyendo las funciones realizadas mediante rels porfunciones realizadas con compuertas lgicas. Con estos nuevos elementos se gan en fiabilidad y seredujo el problema del espacio, pero no as la deteccin de averas ni el problema de mantenimientode un stock. De todas maneras, subsista un problema: la falta de flexibilidad de los sistemas.

Debido a las constantes modificaciones que las industrias se vean obligadas a realizar ensus instalaciones para la mejora de la productividad, los armarios de maniobra tenan que sercambiados, con la consiguiente prdida de tiempo y el aumento del costo que ello produca.

A fin de la dcada del 60, grandes empresas de la industria automotor de los EE.UU.,impusieron a sus proveedores de automatismo unas especificaciones para la realizacin de unsistema de control electrnico para mquinas transfer. Este equipo deba ser fcilmenteprogramable, sin recurrir a los computadoras industriales ya en servicio en la industria.

Los controladores lgicos programables (PLC's) limitados originalmente a los tratamientosde lgica secuencial, se desarrollaron rpidamente, y actualmente extienden sus aplicaciones alconjunto de sistemas de control de procesos y de mquinas.


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DESCRIPCION DE UN PLCIntroduccin: Un PLC o autmata es un dispositivo electrnico programable por el usuario

que se utiliza para controlar, dentro de un entorno industrial, mquinas o procesos lgicos y/osecunciales. Normalmente se requiere un PLC para:

Reemplazar la lgica de rels para el comando de motores, mquinas, cilindros, neumticose hidrulicos, etc.

Reemplazar temporizadores y contadores electromecnicos. Actuar como interfase entre una PC y el proceso de fabricacin. Efectuar diagnsticos de fallas y alarmas. Controlar y comandar tareas repetitivas y peligrosas. Regulacin de aparatos remotos desde un punto de la fbrica. Sus principales beneficios son: Menor cableado, reduce los costos y los tiempos de parada de planta. Reduccin del espacio en los tableros. Mayor facilidad para el mantenimiento y puesta en servicio

Flexibilidad de configuracin y programacin, lo que permite adaptar fcilmente laautomatizacin a los cambios del proceso.

Para introducirnos en el mundo del PLC (programable logic Controller) o Controlador LgicoProgramable, se puede comenzar tratando de entender que hace un PLC en lugar de entender quees: Bsicamente un PLC es el cerebro de un proceso industrial de produccin o fabricacin,reemplazando a los sistemas de control de rels y temporizadores cableados. Se puede pensar en unPLC como una computadora desarrollada para soportar las severas condiciones a las que puede sersometida en un ambiente industrial, as sea en una planta cervecera slo por nombrar algunosejemplos. Dicho de otra forma, el auto que usted conduce, el diario que usted lee, las bebidas queusted consume, son producidos valindose de la tecnologa de la automatizacin industrial, graciasa la invencin que realizara Schneider Electric casi cuarenta aos atrs: el PLC. Un controladorlgico programable o PLC est compuesto por dos elementos bsicos: la CPU, (Central ProcessingUnit) o Unidad Central de Procesamiento y la interface de Entradas y Salidas, como se indica en lafigura1.

En la figura 1 se puede observar un esquema simplificado que representa las partes principalesde una CPU: El procesador, la memoria y la fuente de alimentacin. Este conjunto de componentesle otorgan la inteligencia necesaria al controlador la CPU lee la informacin en las entradasprovenientes de diferentes dispositivos de censados (pulsadores, finales de carrera, censoresinductivos, medidores de presin, etc.), ejecuta el programa de almacenando en la memoria y enva

los comandos a las salidas para los dispositivos de control (pilotos luminosos, contactores, vlvulas,solenoides, etc.)El proceso de lectura de Entradas, ejecucin del programa y control de las Salidas se realiza en

forma repetitiva y se conoce como SCAN o scannning. Finalmente la fuente de alimentacinsuministra todas las tensiones necesarias para la correcta operacin de la CPU y el resto de los


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componentes. Entrando en el campo de la aplicacin, se puede analizar con el diagrama en bloquesque se muestra ms adelante (Fig. 2). En l se puede apreciar la vinculacin del PLC con todos loselementos de campo que intervienen en un proceso, sensores, actuadores, pre-actuadores y dilogohombre-mquina. Llevando el diagrama a un ejemplo prctico, se podra plantear la solucin parauna aplicacin de bombeo a presin constante:(Fig. 3).

Se establece una presin de trabajo para el sistema que debe mantenerse constante. Para ellodebe medirse la presin en algn punto de la instalacin. En funcin del valor medido, el PIL debe

Figura 2

Figura 3


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determinar la velocidad de referencia para el variador de velocidad, que en consecuencia modificarla velocidad del motor, determinando que la bomba vare su caudal y presin. Tambin intervienenlos elementos de dilogo hombre - mquina, en este caso se trata de un terminal grfico que permiteingresar el valor de presin deseada. El programa de aplicacin se realiza a partir de una terminal demano o de un software apropiado. El lenguaje empleado es sencillo y al alcance de todas laspersonas. Est basado en los esquemas elctricos funcionales de control como se muestra en lasiguiente figura: Este lenguaje es conocido como Diagrama Escalera (Ladder). Otro lenguaje que sepuede utilizar para la programacin de PLCs, es el Diagrama de Flujo Secuencial o SFC

(Anteriormente denominado Grafcet), reconocido como el lenguaje grfico mejor adaptado a laexpresin de la parte secuencial de la automatizacin de la produccin. El SFC representa la

sucesin de las etapas en el ciclo de produccin. La evolucin del ciclo, Etapa por Etapa se controlapor una "Transicin" ubicada entre cada etapa (ver figura).


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A cada una de las etapas le puede corresponder una o varias acciones. A cada transicin lecorresponde una "receptividad", condicin que debe cumplirse para poder superar la transicin, loque permite la evolucin de una etapa a la siguiente. En el ejemplo, para desarrollar las accionesvinculadas a la Etapa1, previamente debe cumplirse la condicin correspondiente a la condicin 1.Las acciones de la Etapa 1 se mantienen hasta que se cumple la condicin correspondiente a lacondicin 1, momento a partir del cual se desactiva la Etapa 1 y se activa la etapa siguiente. Paraasegurar la estandarizacin de los lenguajes de programacin de los PLCs, y asegurarle al usuariouna nica forma de programar, sin importar la marca comercial del PLC, ha sido establecida la

norma IEC 1131-3 que fija criterios en tal sentido.As, la norma define los lenguajes de programacin: Escalera (ladder). Lista de instrucciones(Assembier), Estructurado (Similar el Pascal), Bloques de Funcin y Diagrama Flujo de Secuencial(SFC o Grafcet). Segn el tipo de PLC que se escoja, podr tener uno o ms de estos lenguajes.Cuando la aplicacin crece en complejidad dado el tipo de seales a manejar, es posible incrementarla capacidad de Entradas/Salidas. Adems permite el control de seales, tanto digitales comoanalgicas. Un concepto que cada da es ms necesario aplicar, es la comunicacin entre PLCs ocon un sistema de supervisin (SCADA). Cuando es el momento de realizarlo, el PLC dispone de lacapacidad de resolverlo agregando los mdulos de comunicacin necesarios.


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CAMPO DE APLICACIN DE LOS PLCHoy la tecnologa nos ofrece PLCs acorde las necesidades de cada usuario y cada aplicacin.

Para automatizaciones de pequea envergadura, como por ejemplo dosificadores, alimentadorespara mquinas, montacargas lavadores industriales y de automviles, control de barreras,calefaccin, vidrieras, etc, casos de mediana complejidad donde se necesitan adems sealesanalgicas y comunicacin, por ejemplo mquinas inyectores paletizadoras, cintas transportadoras,etc., se utilizan por lo general PLCs compactos. En aplicaciones de mayor complejidad como porejemplo supervisin remota de subestaciones de energa, estaciones de bombeo, plantaspotabilizadoras de agua, sistemas de control de luces en aeropuertos, lneas de produccin en laindustria automotriz, procesos de chancado y molienda en la industria cementera, etc., donde serequiere gran cantidad de entradas/salidas de diversa, naturaleza (discretas, analgicas, termopares,pulsos de 40kHZ) y un programa de control extenso y varios canales de comunicacin, por logeneral se recurre a PLCs del tipo modular. Cuando la complejidad del proceso requiere granvelocidad de procesamiento del programa, manejo de lazos de control, alta prestacin enmltiples protocolos de comunicacin, elevada cantidad de entradas/salidas controladas en formaremota y descentralizada, como por ejemplo en la automatizacin de una planta siderrgica, de unoleoducto, de una refinera, de una planta minera completa, de una planta de extraccin de aceites,etc., se utiliza por lo general grandes PLCs modulares.

La supervisin se puede realizar en dos niveles diferentes de complejidad: A nivel del operador, empleando terminales de dilogo hombre mquina (HMI). A nivel de planta, empleando una PC con un software de supervisin, comnmente

denominado SCADA, como por ejemplo el software P-CIM. En el presente captulodesarrollamos con extensin la oferta de PLCs de aplicacin cotidiana, y mencionamos lascaractersticas relevantes de los PLCs modulares y terminales de dilogo. Para obtener msdatos e informaciones es imprescindible consultar los catlogos especficos y solicitarasesoramiento tcnico.


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VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS PLCs.No todos los PLCs ofrecen las mismas ventajas sobre la lgica cableada, ello es debido,

principalmente, a la variedad de modelos existentes en el mercado y a las innovaciones tcnicas quesurgen constantemente. Tales consideraciones nos obligan a referirnos a las ventajas queproporciona un PLC de tipo medio.

Ventajas.

Las condiciones favorables que presenta un PLC son las siguientes:Menor tiempo empleado en la elaboracin de proyectos debido a que: No es necesario dibujar el esquema de contactos. No es necesario simplificar las ecuaciones lgicas, ya que, por lo general, la capacidad dealmacenamiento del mdulo de memoria es lo suficientemente grande. La lista de materiales queda sensiblemente reducida, y al elaborar el presupuesto correspondienteeliminaremos parte del problema que supone el contar con diferentes proveedores, distintos plazosde entrega, etc. Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni aadir aparatos. Mnimo espacio de ocupacin. Menor coste de mano de obra de la instalacin.

Economa de mantenimiento. Adems de aumentar la fiabilidad del sistema, al eliminar contactosmviles, los mismos PLC pueden detectar e indicar averas. Posibilidad de gobernar varias mquinas con un mismo PLC. Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar reducido el tiempo decableado.

Inconvenientes.

Como inconvenientes podramos hablar, en primer lugar, de que hace falta un programador, lo queobliga a adiestrar a uno de los tcnicos en tal sentido. Pero hay otro factor importante, como elcosto inicial, que puede o no ser un inconveniente, segn las caractersticas del automatismo encuestin. Dado que el PLC cubre ventajosamente un amplio espacio entre la lgica cableada y elmicroprocesador, es preciso que el proyectista lo conozca tanto en su amplitud como en suslimitaciones. Por tanto, aunque el coste inicial debe ser tenido en cuenta a la hora de decidirnos poruno u otro sistema, conviene analizar todos los dems factores para asegurarnos una decisinacertada. Si por alguna razn la mquina queda fuera de servicio, el PLC sigue siendo til para otramquina o sistema de produccin.


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ESTRUCTURA DE LOS PLCs.Aqu vamos a conocer a los PLCs en su parte fsica o hardware, no slo en su configuracin

externa, sino tambin y fundamentalmente la parte interna. Creemos que el personal que se preciede manejar los PLCs no puede conformarse con realizar una buena programacin y conseguir unmontaje y puesta en funcionamiento perfecto, debe, sobre todo, dejar de verlo como una caja negray conocerlo tal cual es, como un equipo electrnico complejo montado en tarjetas especficas quecontrolan reas o bloques, realizando distintas funciones que unidas convenientemente dan comoresultado a los PLCs

Estructura externa.

El trmino estructura externa o configuracin externa de un PLC se refiere al aspecto fsicoexterior del mismo, bloques o elementos en que est dividido, etc. Desde su nacimiento y hastanuestros das han sido varias las estructuras y configuraciones que han salido al mercadocondicionadas no slo por el fabricante del mismo, sino por la tendencia existente en el rea al queperteneciese: europea o norteamericana. Actualmente, son dos las estructuras ms significativas queexisten en el mercado:

Estructura compacta.

Estructura modular.

Las diferencias significativas entre ambas hacen que las analicemos por separado en los apartadossiguientes.

Estructura compacta.

Este tipo de PLCs se distingue por presentar en un solo bloque todos sus elementos, esto es, fuentede alimentacin, CPU, memorias, entradas/salidas, etc. En cuanto a su unidad de programacin,existen tres versiones: unidad fija o enchufable directamente en el PLC; enchufable mediante cabley conector, o la posibilidad de ambas conexiones. Si la unidad de programacin es sustituida por unPC, nos encontraremos que la posibilidad de conexin del mismo ser mediante cable y conector. Elmontaje del PLC al armario que ha de contenerlo se realiza por cualquiera de los sistemasconocidos: riel DIN, placa perforada, etc.

Estructura Americana.

Se caracteriza por separar las E/S del resto del PLC, de tal forma que en un bloque compacto estnreunidas las CPU, memoria de usuario o de programa y fuente de alimentacin, y separadamente lasunidades de E/S en los bloques o tarjetas necesarias.

Estructura Europea.

Su caracterstica principal es la de que existe un mdulo para cada funcin: Fuente de alimentacin,

CPU, entradas/salidas, etc. La unidad de programacin se une mediante cable y conector. Lasujecin de los mismos se hace bien sobre carril DIN o placa perforada, bien sobre RACK, endonde va alojado el BUS externo de unin de los distintos mdulos que lo componen.

Estructura Interna.

En este apartado vamos a estudiar la estructura interna del PLC, o sea, las partes en que se ordenasu conjunto fsico o hardware y las funciones y funcionamiento de cada una de ellas. Los PLCs secomponen esencialmente de tres bloques, tal y como se representa en la Figura.

La Seccin de Entradas.

La Unidad Central de Procesos o CPU. La Seccin de salidas.


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Entradas.

La seccin de entradas, mediante el interfaz, adapta y codifica de forma comprensible por la CPUlas seales procedentes de los dispositivos de entrada o captadores, esto es, pulsadores, finales decarrera, sensores, etc.; Tambin tiene una misin de proteccin de los circuitos electrnicos internosdel PLC, realizando una separacin elctrica entre stos y los captadores.

La Unidad Central de Procesamiento.

La unidad central de proceso (CPU) es, por decirlo as, la inteligencia del sistema, ya que mediantela interpretacin de las instrucciones del programa de usuario y en funcin de los valores de lasentradas, activa las salidas deseadas.

Salidas.

La seccin de salidas, mediante el interfaz, trabaja de forma inversa a la de entradas, es decir,decodifica las seales procedentes de la CPU, las amplifica y manda con ellas los dispositivos desalida o actuadores, como lmparas, rels, contactores, arrancadores, electrovlvulas, etc., aqutambin existen unos interfaces de adaptacin a las salidas y de proteccin de circuitos internos.Con las partes descritas podemos decir que tenemos un PLC, pero para que sea operativo sonnecesarios otros elementos tales como:

La unidad de alimentacin. La unidad o consola de programacin si no se programa desde la PC.

Memorias.

Llamamos memoria a cualquier dispositivo que nos permita almacenar informacin en forma debits (ceros y unos). En nuestro caso nos referiremos a las memorias que utilizan como soporteelementos semiconductores.

Tipos de memorias.

No todas las memorias son iguales; se distinguen dos tipos fundamentales de memorias fabricadascon semiconductores:

Memoria RAM (Random Access Memory), memoria de acceso aleatorio omemoria de lectura - escritura.

En este tipo de memorias se pueden realizar los procesos de lectura y escritura por procedimientoelctrico, pero su informacin desaparece al faltarle la corriente.

Memoria ROM (Read Only Memory), o memoria de slo lectura.

En estas memorias se puede leer su contenido, pero no se puede escribir en ellas; los datos e

instrucciones los graba el fabricante y el usuario no puede alterar su contenido. Aqu la informacinse mantiene ante la falta de corriente. Pero stas no son todas las memorias disponibles, existenotros tipos en las que los sistemas de programarlas, su borrado y su volatilidad o permanencia de lainformacin marcan sus diferencias.

Memorias EPROM y EEPROM.

Independientemente de otras aplicaciones, algunas ya mencionadas en los prrafos anteriores, estetipo de memorias tiene gran aplicacin como memorias copia para grabacin y archivo deprogramas de usuario.

Memoria del usuario.

El programa de usuario normalmente se graba en memoria RAM, ya que no slo ha de ser ledo porel microprocesador, sino que ha de poder ser variado cuando el usuario lo desee, utilizando launidad de programacin. En algunos PLCs, la memoria RAM se auxilia de una memoria sombra deltipo EEPROM


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La desconexin de la alimentacin o un fallo de la misma borrara esta memoria, ya que al ser laRAM una memoria voltil necesita estar constantemente alimentada y es por ello que los PLCs quela utilizan llevan incorporada una batera tampn que impide su borrado

Memoria de datos.

La memoria de este rea tambin es del tipo RAM, NVRAM. en ella se encuentra, por un lado, laimagen de los estados de las entradas y salidas y, por otro, los datos numricos y variables internas,como contadores, temporizadores, marcas, etc.

Memoria de programa.

Esta memoria que junto con el procesador componen la CPU, se encuentra dividida en dos reas: lallamada memoria del sistema, que utiliza memoria RAM, y la que corresponde al programa delsistema o firmware, que lgicamente es un programa fijo grabado por el fabricante y, por tanto, eltipo de memoria utilizado es ROM. En algunos PLCs se utiliza nicamente la EPROM, de talforma que se puede modificar el programa memoria del sistema previo borrado del anterior conUV.

CPU.

La CPU (Central Processing Unit) est constituida por los elementos siguientes:Procesador, memoria y circuitos auxiliares asociados.

Procesador.

Est constituido por el microprocesador, el generador de impulsos de onda cuadrada o reloj y algnchip auxiliar. El procesador se monta sobre una placa de circuito impreso, en ella y junto al chip sesitan todos aquellos circuitos integrados que lo componen, principalmente memo rias ROM delsistema o firmware. En algunos tipos de PLC aqu se sitan tambin los chips de comunicacin conperifricos o de interconexin con el sistema de entradas salidas.

El Microprocesador.

Es un circuito integrado (chip) a gran escala de integracin (LSI) que realiza una gran cantidad deoperaciones, que podemos agrupar en:

Operaciones de tipo lgico. Operaciones de tipo aritmtico. Operaciones de control de la transferencia de la informacin dentro del PLC.

Los circuitos internos pueden ser de tres tipos:

Circuitos de la unidad aritmtica y lgica o ALU.

Es la parte del microprocesador donde se realizan los clculos y las decisiones lgicas paracontrolar al PLC.

Circuitos de la unidad de control o UC.

Organiza todas las tareas del microprocesador. As, por ejemplo, cuando una instruccin delprograma codificada en cdigo mquina (ceros y unos) llega al microprocesador, la UC sabe,mediante una pequea memoria ROM que incluye, qu secuencia de seales tiene que emitir paraque se ejecute la instruccin.

Registros.

Los registros del microprocesador son memorias en las que se almacenan temporalmente datos,instrucciones o direcciones mientras necesitan ser utilizados por el microprocesador. Los registrosms importantes de un microprocesador son los de instrucciones, datos, direcciones, acumulador,contador de programa, de trabajo y el de bandera o de estado.


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Buses.

No son circuitos en s, sino zonas conductoras en paralelo que transmiten datos, direcciones,instrucciones, y seales de control entre las diferentes partes del PP. Se puede hacer una diferenciaentre buses internos y externos. Los primeros unen entre s las diferentes partes delmicroprocesador, mientras que los segundos son pistas de circuito impreso que unen chipsindependientes. Los buses internos y externos son continuacin unos de los otros. La CPU sepondr en comunicacin con la tarjeta cuya direccin coincida con la combinacin del bus.


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FUNCIONES DE LA CPU.En la memoria ROM del sistema, el fabricante ha grabado una serie de programas ejecutivos fijos,software del sistema y es a estos programas a los que acceder el microprocesador para realizar lasfunciones ejecutivas que correspondan en funcin del tiempo en que trabaje. El software de sistemade cualquier PLC consta de una serie de funciones bsicas que realiza en determinados tiempos decada ciclo: en el inicio o conexin, durante el ciclo o ejecucin del programa y a la desconexin.Este software o programa del sistema es ligeramente variable para cada PLC, pero, en general,contiene las siguientes funciones:

Supervisin y control de tiempo de ciclo (watchdog), tabla de datos, alimentacin, batera, etc. Autotest en la conexin y durante la ejecucin del programa. Inicio del ciclo de exploracin de programa y de la configuracin del conjunto. Generacin del ciclo base de tiempo. Comunicacin con perifricos y unidad de programacin. Etctera.

Unidades de Entrada y Salida.

Son los dispositivos bsicos por donde se toma la informacin de los captadores, en el caso de las

entradas, y por donde se realiza la activacin de los actuadores, en las salidas. En los PLCscompactos, las E/S estn situadas en un solo bloque junto con el resto del PLC.En los modulares, las E/S son mdulos o tarjetas independientes con varias E/S, y que se acoplan albus de datos por medio de su conductor y conector correspondiente, o bien a un bastidor o rack, quele proporciona dicha conexin al bus y su soporte mecnico.


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FUNCIONES DE LAS UNIDADES DE E/S.Las funciones principales son el adaptar las tensiones e intensidades de trabajo de los captadores yactuadores a las de trabajo de los circuitos electrnicos del PLC; realizar una separacin elctricaentre los circuitos lgicos de los de potencia, generalmente a travs de optoacopladores, yproporcionar el medio de identificacin de los captadores y actuadores ante el procesador.

Como funciona la CPU.

El ciclo bsico de trabajo en la elaboracin del programa por parte de la CPU es el siguiente:Antes de iniciar el ciclo de ejecucin, el procesador, a travs del bus de datos, consulta el estado 0 1 de la seal de cada una de las entradas y las almacena en los registros de la memoria de entradas,esto es, en la zona de entradas de la memoria de la tabla de datos. Esta situacin se mantienedurante todo el ciclo del programa. A continuacin, el procesador accede y elabora las sucesivasinstrucciones del programa, realizando las concatenaciones correspondientes de los operandos deestas instrucciones. Seguidamente asigna el estado de seal a los registros de las salidas de acuerdoa la concatenacin anterior, indicando si dicha salida ha o no de activarse, situndola en la zona desalida de la tabla de datos. Al final del ciclo, una vez concluida la elaboracin del programa, asignalos estados de las seales de entrada a los terminales de entrada y los de salida a las salidas,ejecutando el estado 0 1 en estas ltimas.

Entradas.

Las entradas son fcilmente identificables, ya que se caracterizan fsicamente por sus bornes paraacoplar los dispositivos de entrada o captadores, por su numeracin, y por su identificacin INPUTo ENTRADA; llevan adems una indicacin luminosa de activado por medio de un diodo LED.Esta asignacin se mantiene hasta el final del siguiente ciclo, en el que se actualizan lasmismas. Dada la velocidad con que se realiza cada ciclo, del orden de 5 a 10 ms / 1 Kinstrucciones, se puede decir que las salidas se ejecutan en funcin de las variables de entradaprcticamente en tiempo real.En cuanto a su tensin, las entradas pueden ser de tres tipos:

Libres de tensin. Corriente continua. Corriente alterna.

En cuanto al tipo de seal que reciben, stas pueden ser: analgicas y digitales.

Analgicas.

Cuando la magnitud que se acopla a la entrada corresponde a una medida de, por ejemplo, presin,temperatura, velocidad, etc., esto es, analgica, es necesario disponer de este tipo de mdulo deentrada. Su principio de funcionamiento se basa en la conversin de la seal analgica a cdigo

binario mediante un convertidor analgico-digital (AID). A continuacin figura un ejemplo con losparmetros ms significativos de este tipo de mdulos.

Digitales.

Son las ms utilizadas y corresponden a una seal de entrada todo o nada, esto es, a un nivel detensin o a la ausencia de la misma. Ejemplo de elementos de este tipo son los finales de carrera,interruptores, pulsadores, etc.

Salidas.

La identificacin de las salidas se realiza igual que en las entradas, figurando en este caso la

indicacin de OUTPUT o SALIDA. Es en las salidas donde se conectan o acoplan los dispositivosde salida o actuadores, e incluye un indicador luminoso LED de activado.Tres son los tipos de salidas que se pueden dar:


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A rel. A transistor. A triac.

Mientras que la salida a transistor se utiliza cuando los actuadores son a CC., las de rels y triacssuelen utilizarse para actuadores a AC En cuanto a las intensidades que soportan cada una de lassalidas, esta es variable, pero suele oscilar entre 0,5 y 2 A. Al igual que en las entradas, las salidaspueden ser analgicas y digitales, si bien esta ltima es la ms utilizada. En las analgicas es

necesario un convertidor digital analgico (D/A) que nos realice la funcin inversa a la de la entrada


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MANEJO INSTALACION Y CONEXIONADO.

Introduccin

El manejo y utilizacin correcta de los PLC es fundamental si queremos obtener de l una eficaciamnima. Es por ello que en este captulo se va a estudiar el proceso que se debe seguir para la puestaen funcionamiento, la forma o procedimiento general que se va a utilizar para realizar una correctaprogramacin, algunos ejemplos de conexionado de elementos a entradas y actuadores a las salidas,as como las reglas mnimas que han de seguirse para una correcta instalacin, puesta en servicio yel mantenimiento preventivo y de resolucin de averas.Queremos dejar tambin aclarado que no deben confundirse los trminos puesta en funcionamientocon puesta a punto y en servicio. En el primer caso, nos referimos al proceso inicial necesario parapoder realizar la programacin y comprobar su funcionamiento en cualquier PLC, en el segundo, alproceso final una vez realizadas todas las conexiones necesarias para poner en servicio lainstalacin o proceso.

Secuencia lgica a seguir para una utilizacin correcta de los PLC

El organigrama general simplificado que nos orientara en la secuencia que se debe seguir para lautilizacin correcta de los PLC es el representado en la Figura 2.1

Puesta en Funcionamiento

Antes de iniciar cualquier accin para la puesta en funcionamiento de los PLC es necesario tenerdelante el cuadro de caractersticas o especificacin del mismo, ya que datos como tensin dealimentacin al sistema o tensin de red y el margen de variacin admisible de la misma nos esnecesario. Es conveniente verificar las especificaciones tcnicas de cada PLC en particular.

Los pasos a seguir son los que seguiremos para no cometer errores en la puesta en funcionamientoinicial del sistema:


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1. Conectar la fuente de alimentacin.2. Conectar toma a TIERRA.3. Verificar tensiones de Entradas y Salidas4. Ver tensin de la red de Alimentacin5. Si lo anterior es correcto proseguir si no corregir.6. Conectar fuente a la red7. Poner a los PLC en funcionamiento8. Deletear borrar la Memoria (solo la primera vez)

9. Cargar el programa10. Colocar los PLC en modo RUN.

Conexionado de entradas y salidas

La eficaz puesta en funcionamiento de los PLC pasa necesariamente por una correcta conexin delos elementos de entrada, en las entradas y los actuadores en las salidas. De esta forma,conseguiremos las ventajas siguientes:1) El buen funcionamiento y ausencia de averas por esta causa.2) La limitacin en el nmero de entradas y salidas que se van a utilizar.

Entradas

La importancia del conocimiento de las caractersticas de entradas del PLC, hace que pueda quedarplenamente comprendida, y el estado de ellas va a depender del proceso con el que estemostrabajando.

Captores emisores de seal

Se entiende por Captores, en general, aquellos elementos que se acoplan o conectan a las entradasde los PLC Estos pueden ser de dos tipos:1). Analgicos, cuya seal elctrica es variable en el tiempo, y que necesariamente han de acoplarseal mismo tipo de entradas.2.) Digitales, en donde la seal responde a:

- Contacto abierto "0" (nada).- Contacto cerrado "1" (todo).

Principio de funcionamiento

Tal y como se observa en la Fig. 2.2 y en el caso del contacto cerrado en la entrada cuatro ( in 4)sucede que queda aplicada la tensin de Campo al elemento interno del PLC designado con elsmbolo lo que desencadena una seal hacia el circuito de control de entrada del mismo.Por el contrario, el contacto en la entrada dos ( in 2 ) no ocasiona fenmeno alguno al estar ste enposicin de abierto


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Conexionado de las entradas

Dos son los tipos de Captores posibles desde el punto de vista de la tensin:a) Captores o contactos libres de tensin: Los Captores sin tensin que se pueden conectar a losPLC pueden ser de varios tipos y, entre otros, se podran citar los siguientes: Pulsadores. Interruptores. Finales de carrera. Contactos de rels. Etc.En la Fig. 2.3 se puede observar su forma de conexin.

b) Captores con tensin:Los elementos de este tipo pueden ser: Detector de proximidad. Clula fotoelctrica. Etc. (Todos del tipo PNP.)

Al elegirlos, lo haremos de tal forma que su tensin de trabajo coincida con la tensin de entrada alPLC, en nuestro caso 24 Vcc. En la figura se puede observar la disposicin del conexionado de estetipo de entradas.


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Salidas.

En los contactos de salida del PLC se conectan las cargas o actuadores, bien a travs de otroselementos de mando, como pueden ser los contactores, rels, etc., directamente si las condicionesde corriente mxima lo permiten.Las salidas son de dos tipos distintos: Salidas a transistores Salidas a rels.La eleccin en el momento de su uso, de un tipo u otro ha de venir pensado en funcin de los tipos

de carga que se le vayan a acoplar.Como ayuda en esta eleccin valgan las siguientes indicaciones:

a). Salidas a transistores (CC.). Cuando se utilice CC, y cuando las cargas sean del tipo de pococonsumo, rpida respuesta y alto nmero de operaciones, como es el caso de circuitos electrnicos,se deben utilizar estos tipos de salidas. Su vida es superior a la del rel.b). Salidas a rels (CA. o CC. ). Este tipo de salida suele utilizarse cuando el consumo tiene ciertovalor (del orden de amperios) y donde las conmutaciones no son demasiado rpidas. Son empleadasen cargas de contactores, electrovlvulas, etc.

ActuadoresActuadores son todos los elementos conectados a las salidas, sean estos elementos deactuacin directa, o elementos de mando.Antes de conectar elemento alguno a las salidas de los PLC, habremos de analizar y teneren cuenta las siguientes limitaciones:1) La tensin que se vaya a aplicar en cada juego de contactos del rel ( OUT 5 a OUT 8)ha de ser nica:, en cada rel, por tanto, podremos aplicar tantas tensiones distintascomo rel tenga el PLC.2) El margen de los valores de tensiones que se vaya a aplicar tanto en CA, como en CC,estn indicados en las caractersticas tcnicas..( ver capitulo 1)3) Se sumarn las intensidades demandadas por los elementos conectados a cada grupo decontactos y se comprobar que no supere la intensidad mxima que nos indiquen suscaractersticas; los valores son distintos para CA y CC .Cuando el consumo de una carga o bobina del contactor sobrepase el valordisponible en el grupo de salidas, se colocar un rel intermedio de bajo consumo.


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Circuitos protectores

Como sabemos, las cargas en las salidas se pueden clasificar en: cargas enCC. y cargas en CA. En la mayora de los casos, las cargas aplicadas a lassalidas suelen ser circuitos inductivos como, por ejemplo, bobinas decontactores y rels. La desconexin de estos da lugar a picos de tensin -transitorios de alto valor.Como en ocasiones estos circuitos internos de proteccin no son suficientes, es por lo quese debe acoplar circuitos adicionales exteriores para que supriman mejor y ms rpidamente

estas tensiones transitorias.En el caso de cargas en CC, los circuitos a acoplar seran los que corresponden a lassiguientes figuras 2.5 y 2.6, para circuitos con reducido nmero de maniobras.

Fig.2.5.-

Fig. 2.6.-La Fig. 2.7 es para cuando el nmero de maniobras es elevado. Cuando las cargas sondel tipo resistivo, no es necesario acoplar circuito alguno.


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Fig. 2.7.-En CA nos podemos encontrar, generalmente, con dos casos: Que la carga sea de alta inductancia. Que la carga sea de alta impedancia.En el primer caso, el circuito ms conveniente es el de la Fig.2.8

Fig. 2.8.-En el segundo caso, puede ocurrir que la intensidad de fuga del circuito RC interno,y durante algunos segundos, mantenga alimentada la bobina de alta impedancia delcontactor de salida. El circuito que se va a utilizar en este caso es el de la fig.2.9, perocalculando los valores de R y C.


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Fig. 2.9.-

Contactos de rels trmicos

Dos son las posibilidades de conexin de los contactos de los rels trmicos deproteccin contra sobre intensidades: En las entradas como captores (Fig. 2.10). o en la salida (Fig.2.11)

Fig. 2.10.-

Fig. 2.11.-


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Las ventajas e inconvenientes que presentan ambas posibilidades son las siguientes:a) La conexin en el circuito de entradas es la tcnica ms y segura desde el punto de vista

del control, ya que su apertura, (provocada como sabemos por una sobre intensidad del circuito)desactivar los correspondientes circuitos de entrada y, como consecuencia, la salida que ha dadoorigen a dicha sobre intensidad, quedando sealizado en ambos diodos LEDs (E/S) del PLC. Comolo indica la Fig. 2.10.

b) Otra ventaja a tener en cuenta es que en funcin del programa establecido un contacto deun rel trmico puede detener nicamente el proceso del actuador al cual est protegiendo o detener

el proceso completo. En este ltimo caso y conectando todos en serie, en el caso de contactos NC oparalelo si NA, es suficiente con un solo contacto de entrada, segn puede apreciarse en la Fig.2.11

Las posibilidades que nos ofrecen los rels trmicos son dos:

Utilizar el contacto normalmente cerrado, NC. Utilizar el contacto normalmente abierto, NA.

En el primer caso, la bobina del contactor se alimentar directamente, ya que el contacto NCse utiliza en la entrada. En el segundo caso, al utilizar en la entrada el contacto NA, el contacto NCpuede o no ser utilizado en la salida, si se utiliza tendremos doble proteccin. Como desventaja

podemos citar el que necesitamos una entrada por cada rel trmico, o grupo en paralelo o serie, loque nos puede incrementar stas considerablemente, y como consecuencia, necesitaremos un PLCcon ms entradas.

La conexin en el circuito de salida significa ahorrarse el correspondiente circuito deentrada, pero no nos dar indicacin de avera en la sealizacin de salida o LED, aunquelgicamente la bobina del contactor quede desactivada. En este caso slo se detendr el actuadorque est protegiendo.


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PROGRAMACION LADDER

Descripcin operaciones lgicas con bit:Las operaciones lgicas con bits operan con dos dgitos, 1 y 0. Estos dos dgitos consituyen

la base de un sistema numrico denominado sistema binario. Los dos dgitos 1 y 0 se denominandgitos binarios o bits. En el mbito de los contactos y bobinas, un 1 significa activado("conductor") y un 0 significa desactivado ("no conductor"). Las operaciones lgicas con bits

interpretan los estados de seal 1 y 0, y los combinan de acuerdo con la lgica de Boole. Estascombinaciones producen un 1 un 0 como resultado y se denominan "resultado lgico" (RLO). Lasoperaciones lgicas con bits permiten ejecutar las ms diversas funciones. Se dispone de lasoperaciones lgicas con bits siguientes:

---| |--- Contacto normalmente abierto ---| / |--- Contacto normalmente cerrado ---(SAVE) Cargar resultado lgico (RLO) en registro RB XOR O-exclusiva ---( ) Bobina de rel, salida ---( # )--- Conector

---|NOT|--- Invertir resultado lgico (RLO)

Las siguientes operaciones reaccionan ante un RLO de 1:

---( S ) Activar salida ---( R ) Desactivar salida SR Desactivar flip-flop de activacin RS Activar flip-flop de desactivacin Otras operaciones reaccionan ante un cambio deflanco positivo o negativo para ejecutar las siguientes funciones: ---(N)--- Detectar flanco 1 --> 0 ---(P)--- Detectar flanco 0 --> 1

NEG Detectar flanco de seal negativo (1 --> 0) POS Detectar flanco de seal positivo (0 --> 1)

Operaciones de comparacinLas operaciones comparan las entradas IN1 e IN2 segn los tipos de comparacin

siguientes: == IN1 es igual A IN2 IN1 es diferente A IN2 > IN1 es mayor quE IN2 < IN1 esmenor quE IN2 >= IN1 es mayor o igual A IN2


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CMP ? I Comparar enteros

Descripcin de la operacin CMP ? I (Comparar enteros)Puede utilizarse como un contacto normal. El cuadro puede colocarse en las mismas

posiciones que puede tomar un contacto normal. Las entradas IN1 y IN2 son comparadas

atendiendo al criterio de comparacin que se haya seleccionado. Si la comparacin es verdadera, elRLO de la operacin es "1". El RLO se combina mediante una Y lgica con el RLO del circuitocompleto siempre que el elemento de comparacin est conectado en serie, y mediante una O lgicasi el cuadro est conectado en paralelo.

CMP ? D Comparar enteros dobles


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Descripcin de la operacin CMP ? D (Comparar enteros dobles )Puede utilizarse como un contacto normal. El cuadro puede colocarse en las mismas

posiciones que puede tener un contacto normal. Las entradas IN1 y IN2 son comparadas atendiendoal criterio de comparacin que se haya seleccionado. Si la comparacin es verdadera, el RLO de laoperacin es "1". El RLO se combina mediante una Y lgica con el RLO de un circuito siempre queel elemento de comparacin est conectado en serie, y mediante una O lgica si el cuadro estconectado en paralelo

CMP ? R Comparar nmeros de coma flotante


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Descripcin de la operacin CMP ? R (Comparar nmeros en comaflotante)

Puede utilizarse como un contacto normal. El cuadro puede colocarse en las mismasposiciones que puede tomar un contacto normal. Las entradas IN1 y IN2 son comparadasatendiendo al criterio de comparacin que se haya seleccionado. Si la comparacin es verdadera, el

RLO de la operacin es "1". El RLO se combina mediante una Y lgica con el RLO del circuitocompleto siempre que el elemento de comparacin est conectado en serie, y mediante una O lgicasi el cuadro est conectado en paralelo

Operaciones de conversinLas operaciones de conversin leen el contenido del parmetro IN y lo convierten o le

cambian el signo. El resultado se puede recoger en el parmetro OUT. Se dispone de lasoperaciones de conversin siguientes:

BCD_I Convertir BCD en entero

I_BCD Convertir entero en BCD BCD_DI BCD-Zahl in 32-Bit-Ganzzahl wandeln

I_DI Convertir entero en entero doble

DI_BCD Convertir entero doble en BCD

DI_R Convertir entero doble en real

INV_I Complemento a 1 de un entero

INV_DI Complemento a 1 de un entero doble

NEG_I Complemento a 2 de un entero

NEG_DI Complemento a 2 de un entero doble

NEG_R Invertir el signo de un nmero real

ROUND Redondear a entero

TRUNC Truncar entero

CEIL Redondear nmero real a entero superior

FLOOR Redondear nmero real a entero inferior

Operaciones de contajeValor de contaje Los bits 0 a 9 de la palabra de contaje contienen el valor de contaje en

cdigo binario. El valor fijado por el usuario se transfiere del acumulador al contador al activarseste. El valor de contaje puede estar comprendido entre 0 y 999. Dentro de este margen se puedevariar dicho valor utilizando las operaciones siguientes:

ZAEHLER Parametrizar e incrementar/decrementar contador

Z_VORW Parametrizar e incrementar contador

Z_RUECK Parametrizar y decrementar contador

---( SZ ) Poner contador al valor inicial

---( ZV ) Incrementar contador

---( ZR ) Decrementar contador


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Operaciones aritmticas con enterosDescripcin Las operaciones aritmticas con enteros sirven para ejecutar las siguientes

operaciones aritmticas con dos enteros (16 y 32 bits):

ADD_I Sumar enteros

SUB_I Restar enteros

MUL_I Multiplicar enteros

DIV_I Dividir enteros

ADD_DI Sumar enteros dobles SUB_DI Restar enteros dobles

MUL_DI Multiplicar enteros dobles

DIV_DI Dividir enteros dobles

MOD_DI Obtener el resto de una divisin de enteros dobles

Operaciones aritmticas en coma flotanteDescripcin Los nmeros de 32 bits IEEE en coma flotante pertenecen al tipo de datos

denominado "REAL". Las operaciones aritmticas con nmeros en coma flotante sirven paraejecutar las siguientes operaciones aritmticas con dos nmeros en coma flotante IEEE de 32 bits:

ADD_R Sumar nmeros en coma flotante

SUB_R Restar nmeros en coma flotante

MUL_R Multiplicar nmeros en coma flotante DIV_R Dividir nmeros en coma flotante

Con las operaciones aritmticas de nmeros en coma flotante se pueden ejecutar lassiguientes funciones con un nmero en coma flotante (32 bit, IEEE-FP):

Calcular el valor absoluto (ABS) Calcular el cuadrado (SQR) o la raz cuadrada (SQRT)

Calcular el logaritmo natural (LN)

Calcular el valor exponencial (EXP) en base e (= 2,71828...)

Calcular las funciones trigonomtricas siguientes (en un ngulo como nmero en comaflotante (32 bit, IEEEFP))

- seno (SIN) y arcoseno (ASIN)

- coseno (COS) y arcocoseno (ACOS)

- tangente (TAN) y arcotangentE (ATAN)

Operaciones de transferencia


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Operaciones de temporizacinDescripcin Bajo Area de memoria y componentes de un temporizador encontrar

informacin sobre cmo ajustar y seleccionar los temporizadores. Se dispone de las operaciones detemporizacin siguientes:

S_IMPULS Parametrizar y arrancar temporizador como impulso

S_VIMP Parametrizar y arrancar temporizador como impulso prolongado

S_EVERZ Parametrizar y arrancar temporizador como retardo a la conexin

S_SEVERZ Parametrizar y arrancar temporizador como retardo a la conexin con

memoria S_ABRES Parametrizar y arrancar temporizador como retardo a la desconexin

---( SI ) Arrancar temporizador como impulso

---( SV ) Arrancar temporizador como impulso prolongado

---( SE ) Arrancar temporizador como retardo a la conexin

---( SS ) Arrancar temporizador como retardo a la conexin con memoria

---( SA ) Arrancar temporizador como retardo a la desconexin

Operaciones lgicas con palabrasDescripcin Las operaciones lgicas con palabras comparan bit a bit pares de palabras (16

bits) y palabras dobles (32 bits) segn la lgica de Boole. Si el resultado en la salida OUT esdiferente de 0, el bit A1 de la palabra de estado se pone a "1". Si el resultado en la salida OUT esigual a 0, el bit A1 de la palabra de estado se pone a "0". Se dispone de las operaciones lgicas conpalabras siguientes:

WAND_W Y lgica con palabras

WOR_W O lgica con palabras

WXOR_W O exclusiva con palabras

WAND_DW Y lgica con dobles palabras WOR_DW O lgica con dobles palabras

WXOR_DW O exclusiva con dobles palabras


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Ejemplos: Operaciones lgicas con bits Ejemplo 1: Controlar unacinta transportadora

La figura muestra una cinta transportadora que se pone en marcha elctricamente. Alprincipio de la cinta (es decir, en el extremo izquierdo) se encuentran dos pulsadores: S1 paraMARCHA (start) y S2 para PARO (stop). Al final de la cinta, es decir, en el extremo derecho se

encuentran otros dos pulsadores: S3 para MARCHA y S4 para PARO. La cinta puede ponerse enmarcha o pararse desde cualesquiera de ambos extremos. Asimismo, el sensor S5 detiene la cintacuando un paquete alcanza el final de la cinta.

Programacin absoluta y simblica Se puede escribir un programa que controle la cintatransportadora usando valores absolutos o smbolos para representar los distintos componentes delsistema de transporte. Los smbolos los define el usuario en la tabla de smbolos.


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Ejemplo: Operaciones de temporizacin Reloj Para generar una

seal que se repitaPeridicamente se puede utilizar un reloj o un rel intermitente. Los relojes se suelen utilizar

en sistemas de sealizacin que controlan la intermitencia de lmparas indicadoras. En el S7-300 sepuede implementar la funcin Reloj usando un procesamiento tem-porizado en bloques deorganizacin especiales. El ejemplo siguiente de un programa KOP muestra el uso de funcionestemporizadas para generar un reloj. Esquema de contactos para generar un impulso de reloj(relacin impulso-pausa 1:1) Segmento 1: Si el estado de seal del temporizador T1 es 0, se carga elvalor de temporizacin 250 ms en T1 y T1 arranca como temporizador de impulso prolongado.


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Ejemplo: Operaciones de contaje y comparacin Area de

almacenamiento con contador y comparador

La figura muestra un sistema con dos cintas transportadoras y un rea de almacenamientotemporal colocada entre ambas. La cinta transportadora 1 transporta paquetes al rea dealmacenamiento. Una barrera ptica situada al final de la cinta 1 junto al rea de almacenamientodetermina cuntos paquetes se transportan a dicha rea. La cinta transportadora 2 transportapaquetes desde el rea de almacenamiento a una plataforma de carga donde llegan camiones y losrecogen para suministrarlos a los clientes. Una barrera ptica situada al final de la cintatransportadora 2 junto al rea de almacenamiento determina cuntos paquetes abandonan el rea dealmacenamiento para ser transportados a la plataforma de carga. Un panel indicador con cincolmparas seala el nivel del rea de almacenamiento temporal.


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PROGRAMACION GRAFCET

Sistemas SecuencialesMuchos automatismos industriales estn basados en secuencias, esto es, una serie de

acciones que han de realizarse una tras otra en un orden predefinido, en funcin de una serie deeventos. As, por ejemplo, una mquina que haga un orificio en una pieza, llevar a cabo unasecuencia consistente en cargar la pieza, sujetarla, arrancar el motor que hace girar la broca, bajar la

broca, subir la broca, detener el motor, liberar la pieza y evacuarla. Se trata de una serie de accionesque han de realizarse siguiendo esa secuencia, y en base a unos eventos, que son generados porejemplo por los sensores (en este caso pueden ser finales de carrera), o bien por tiempo (la brocasube cuando lleve 5 segundos abajo). Cuando son sistemas muy sencillos puede hacerse de formaliteral, mediante el uso de biestables SR, pero a medida que el sistema se complica, es necesariobuscar una metodologa que permita describir estos automatismos y nos ayude a programarlo.

GrafcetUna de las soluciones ms aceptadas es el GRAFCET. El GRAFCET surge de la AFCET y

la ADEPA, que son dos comisiones de especialistas en automatizacin francesas, y hoy en da se

emplea casi universalmente. El GRAFCET es simplemente una forma de describir los procesossecuenciales para posteriormente disear el automatismo que los gobierne. Es independiente de larealizacin tecnolgica, por lo que puede utilizarse para el diseo de automatismos basados en PLC,pero tambin para automatismos neumticos, hidrulicos, de lgica cableada.

El resultado del mtodo GRAFCET es un diagrama funcional que describe grficamente elproceso, y a partir del diagrama funcional, es posible generar el cdigo STEP-7 de una forma casimecnica. Existen paquetes de software opcionales que se aaden a STEP-7 y permiten programardirectamente en GRAFCET. No obstante, aqu veremos la forma de realizar el diagrama deGRAFCET y posteriormente su forma de implementarlo en STEP-7 o en cualquier otro lenguaje.

Elementos de un GrafcetUn GRAFCET se compone de tres elementos: etapas, transiciones y sus uniones.

EtapasUna etapa se corresponde con un funcionamiento invariante del automatismo. Volviendo al

ejemplo anterior, una etapa puede ser cargar pieza o bien bajar taladro. Las diferentes etapasllevan asociadas acciones. Las etapas se representan con un cuadrado con un nmero que las

identifica. La etapa inicial (en la que se encuentra el sistema en el arranque) se representa con uncuadrado doble. Cuando se analiza un proceso que est funcionando utilizando un GRAFCET, sesuelen marcar las etapas activas con un punto1. Las etapas llevan asociadas acciones, que sedescriben en rectngulos unidos a cada etapa. Estas acciones se describen de un modo mssimblico o ms literal, en funcin del tipo de GRAFCET que se est haciendo.


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Transiciones

Una transicin indica la posibilidad de cambiar de una etapa a otra. Cuando se produce elfranqueo de una transicin, se pasa de una etapa a otra, lo que significa que se desactivan las etapasprecedentes y se activan las siguientes. Una transicin tiene dos estados posibles: Validada y novalidada. Una transicin est validada si todas sus etapas inmediatamente precedentes estn activas.

Las transiciones llevan asociadas una condicin lgica llamada receptividad, que puede serfuncin de entradas y salidas, de las etapas activas, de funciones de contaje o de tiempo etc. Aveces, la receptividad es una constante TRUE (esto es, siempre se cumple). Una transicin esfranqueable cuando est validada y se cumple la receptividad. Las transiciones se representan poruna pequea lnea perpendicular a las uniones.

Uniones OrientadasLas uniones son las lneas que unen las etapas con las transiciones y viceversa. Por convenio

son siempre verticales y la direccin de evolucin es de arriba hacia abajo, aunqueexcepcionalmente pueden ser horizontales y oblicuas cuando aporten ms claridad al diagrama.

Cuando la evolucin de la secuencia no se ajuste a la direccin del convenio (en verticalhacia abajo), se indicar con unas pequeas flechas. Estas flechas pueden colocarse tambinsiempre que aporten ms claridad al diagrama.

Reglas de EvolucinSituacin Inicial

En el GRAFCET o en su documentacin adjunta ha de indicarse claramente el estado inicialdel sistemas.

Franqueo de una transicinCuando una transicin est validada y se cumple su receptividad, la transicin es

franqueable y ha de ser obligatoriamente franqueada.

Evolucin de etapasEl franqueo de una transicin implica necesariamente la activacin simultnea de todas las

etapas inmediatamente posteriores y la desactivacin simultnea de todas las etapas inmediatamenteanteriores

Evolucin simultneaSi dos transiciones son franqueables simultneamente, son simultneamente franqueadas.

Prioridad a la activacinSi en la evolucin del GRAFCET una etapa ha de ser activada y desactivada al mismo

tiempo, queda activa.


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Estructuras FrecuentesDivergencia y Convergencia en O

Estando activa la etapa 5, se pasar a una sola de las etapas siguientes (6, 7 u 8) en funcinde que se cumplan las receptividades de a, b o c respectivamente. La primera que se cumpladeterminar la etapa siguiente.

Si la etapa 24 est activa, ha de cumplirse la receptividad de m para pasar a la 55. Si encambio la etapa activa es la 33, no se pasar a la 55 hasta que no se cumpla la receptividad de n. Sepuede pasar a la 55 por cualquiera de las dos ramas, si se activa la etapa y se franquea la transicincorrespondiente.

Divergencia y convergencia en Y

En este caso, estando activa la etapa 5, cuando se cumpla la receptividad de a, entonces se

activarn simultneamente las etapas 6, 7 y 8. En el caso de la convergencia, para que la transicine est validada, es necesario que tanto la etapa 24 como la 33 estn ambas activas. Slo en ese caso,al cumplirse la receptividad de e, se franquear la transicin y se activar la etapa 55.

Salto de etapas


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Esta estructura puede evolucionar desde la etapa 6 a la 9 directamente si se cumple lareceptividad m, y por medio de las etapas 7 y 8 si la primera receptividad en cumplirse es r.

Reutilizacin de secuenciasSe puede utilizar una secuencia como sub-secuencia de otra mayor.

En este ejemplo, al franquearse la transicin fa1 se entra en la etapa 2, que tiene comoaccin asociada la ejecucin de S5. S5 est inicialmente en reposo (etapa 10), pero la activacin dela etapa 2 (X2) la hace evolucionar a la etapa 11. Cuando llegue a la 14 (X14) se cumplir lareceptividad para que la cadena principal pase a la etapa 3, lo que devolver a S5 al estado inicial

(10).Esto mismo ocurrir en la etapa 4 de la cadena principal. De esta forma, la subsecuencia S5

es reutilizada en dos puntos de la secuencia principal.

Tipos de GrafcetPodemos distinguir varios niveles de GRAFCET en funcin de su grado de abstraccin.

Nivel 1. Descripcin FuncionalEn este nivel no se tiene en cuenta la tecnologa empleada para desarrollar el sistema.

Simplemente se describe qu es lo que tiene que hacer.


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Nivel 2. Descripcin TecnolgicaUna vez decidida la tecnologa a emplear, y definidos los sensores y actuadores, se puede

realizar un GRAFCET con un menor grado de abstraccin, en el que se muestran claramente las

especificaciones tcnicas y operativas. En este caso ya sabemos que se va utilizar un sistema decilindros hidrulicos o neumticos de doble efecto accionados por vlvulas, que el taladro tieneaccionamiento elctrico, unos finales de carrera y un pulsador

Nivel 3. Descripcin OperativaAhora ya no slo hacemos referencia a los accionamientos y sensores que utilizaremos, sino

a la propia tecnologa del control y de la automatizacin.


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En este caso ya se hace referencia a direcciones de PLC, y se indican las salidas queefectuarn las acciones as como las entradas que se corresponden con las transiciones.

Ejemplo: Secuencial de MecanizadoVamos a tomar como ejemplo el automatismo que se ha empleado como ejemplo de

GRAFCET de nivel 2.

La mquina consta de dos cilindros neumticos. El primero (A) sirve para sujetar la pieza yel segundo para bajar el taladro.

Las entradas y salidas de PLC estn dispuestas como sigue:


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Con esta informacin ya podemos disear el GRAFCET de nivel 3, que utilizaremos paraprogramar en STEP7.

Y hecho esto, empezamos a programar en STEP7. Reservaremos el Byte de marcas MB50para indicar las etapas. As, las marcas M50.0 a M50.4 son las etapas 0 a 4 respectivamente. Lasecuencia se inicia en la posicin de reposo de la mquina, esto es, con ambos cilindros recogidos.Por tanto, estableceremos como Condiciones Iniciales de Mquina la situacin de cilindros A y Brecogidos, pulsador no activado y ninguna etapa activa. As, cuando el PLC arranque, si la mquinaest fuera de la posicin inicial, no se estar realizando ninguna accin. Habra que llevar lamquina manualmente hasta la posicin inicial para que entre en secuencia.

Ejercicio. Prensa de Dobla Libros

El ejercicio que se plantea es una mquina que se utiliza para estampar el ttulo dorado en laportada de los libros.

Inicialmente el operario sita un libro sobre la vagoneta. Un sensor (b) detecta la colocacindel libro. Al accionar un pulsador de marcha, la vagoneta (que contiene el libro) se desplaza haciaatrs (izquierda) gracias a la accin de un cilindro (A). Este desplazamiento de la vagoneta provoca


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el cierre o colocacin de una pantalla de proteccin mediante otro cilindro (E), que impide aloperario acercar sus manos a la prensa. Colocada la pantalla, un cilindro (C) hace ascender lavagoneta, mantenindose en esa posicin durante un tiempo t (5 segundos), que es la fase activacorrespondiente al dorado del libro. Al final de la temporizacin, el cilindro C hace descender lavagoneta con el libro y simultneamente, la pantalla de proteccin se retira. El descenso de lavagoneta y la retirada de la pantalla provoca el avance de la vagoneta hacia la situacin inicial. Elciclo finaliza quedando pendiente de la colocacin de un nuevo libro y un nuevo accionamiento demarcha por parte del operario.

COMUNICACIONES INDUSTRIALES

Principios bsicosUna red est formada por un conjunto de dispositivos electrnicos que tienen la habilidad de

comunicarse entre ellos, utilizando un medio fsico y un idioma comn. La automatizacin de unproceso industrial requiere la implementacin de una red cuando se necesita:

Controlar un proceso entre varios PLCs Compartir informacin del proceso Conocer el estado de los dispositivos Diagnosticar en forma remota Transferir archivos Reportar alarmas

Se puede afirmar que los componentes intervienen en una red son:

Dos o ms dispositivos que tengan informacin para compartir Un camino para la comunicacin vnculo fsico Reglas de comunicacin que determinan el lenguaje o protocolo

InformacinLa informacin que se necesita compartir en un proceso puede diferenciarse por su

extensin: Bits que reportan el estado (activa/inactiva) de una entrada o salida directamentevinculadas a elementos de campo como ser pulsadores, finales de carrera, sensores, actuadores,vlvulas, solenoides, contactores, etc. Bytes, palabras, o un conjunto de stas para conocer el valorde una variable analgica, para cambiar los parmetros de un temporizador, para enviar un mensaje


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de texto a un terminal grfico, etc. Archivos o paquetes de informacin ms complejos de extensinconsiderable para los cuales se requiere alta velocidad de intercambio de datos.

Pero si bien puede variar la extensin de la informacin a transmitir, siempre sern "ceros yunos" concatenados en un formato y una lgica determinada establecida por el protocolo(0101010001001111110101110101...)

Clasificacin de las redes de comunicaciones industriales

Los diferentes tiempos de respuesta exigidos al sistema de comunicaciones de cada uno delos niveles de la pirmide CIM, que se indican en la figura, hacen que sea diferente el tipo de redde comunicaciones necesaria para implementarlo.

En una primera aproximacin, y de acuerdo con la opinin de diversos expertos en el tema,se pueden clasificar las redes de comunicaciones industriales en redes de datos (Data networks) yredes de control (Control networks), tal como se indica en la Tabla 6.3.

Las redes de datos, tambin llamadas redes ofimticas, estn ligadas a los niveles altos dela pirmide CIM y por ello tienen como principal objetivo transportar grandes paquetes deinformacin de forma espordica (baja carga), pero a elevada velocidad (gran ancho de banda)para permitir el envo rpido, a travs de ellas, de una gran cantidad de datos entre un volumenpotencialmente elevado de estaciones interconectadas.

Las redes de control estn ligadas a los niveles bajos de la pirmide CIM y, por ello, debenser capaces de soportar, en tiempo real, un trfico de informacin formado por un gran nmero depequeos paquetes procedentes de un nmero de estaciones proporcionalmente menos elevado queen las redes de datos.

Nivel decontroladores

Nivel de Empresa y Fbrica


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Es conveniente resaltar que las redes de datos y las de control no son conjuntos claramentedisjuntos, debido a que cuando las redes de datos se utilizan en el nivel de rea o de clula de lapirmide CIM, hay una tendencia a dotarlas de caractersticas que son ms propias de las redes decontrol.

Por otra parte, las redes de datos y las de control pueden compartir las especificaciones delas capas fsica y de enlace de datos del modelo OSI. Surge as el concepto de 4 familia de redesde comunicaciones industriales, en la que cada uno de sus elementos resuelve las transferencias deinformacin en un determinado nivel de la pirmide CIM.

En sucesivos apartados se analizan los diferentes tipos de redes de datos y redes de control,as como las familias de redes utilizadas para implementar las comunicaciones industrialesmodernas.

Redes de datos:Como se indica en el apartado anterior, se suelen considerar redes de datos las dedicadas al

establecimiento de las comunicaciones entre los equipos informticos que conforman los niveles deempresa, fbrica, rea y, en ocasiones, de clula de la pirmide CIM. En este apartado se analizanlas principales caractersticas de esta clase de redes industriales.

Redes de Empresa y de FbricaLos sistemas de control de los niveles de empresa y de fbrica ejecutan, entre otras, las siguientesaplicaciones informticas:

Programas dedicados a la planificacin de recursos de la empresa, conocidos como ERP(acrnimo de Enterprise Resource Planning).

Programas dedicados a la gestin de los sistemas de ejecucin de la fabricacin, que se suelenconocer cmo MES (acrnimo de Manufacturing Execution Systems).

Programas de diseo, simulacin, ingeniera y fabricacin asistidos por computador, deno-minados CAD/CAM/CAE (acrnimos de Computer Aided Design/Manufacturing/

Engineering). Herramientas de aplicacin general que permiten el trabajo en grupo (Groupware) del

personal de todas las reas de la empresa.Cuando los sistemas enlazados mediante una red de empresa y fbrica estn situados en la

misma planta, o en emplazamientos relativamente prximos, se utiliza una red de rea local que sesuele denominar LAN (acrnimo de Local Area Network). La red de rea local ms utilizada enempresas industriales es la que emplea la tcnica de acceso al medio Ethernet basada en ladeteccin de colisiones y el conjunto de protocolos de red y transporte TCP/IP (acrnimo deTransmission Control Protocol/Internet Protocol). Se estima que actualmente lo utiliza el 80% delas comunicaciones en este sector.

Para comunicar entre s las distintas sedes de una empresa, situadas por lo general enemplazamientos distantes, se utilizan redes de rea metropolitana y extensa, denominadas,respectivamente, MAN (acrnimo de Metropolitan Area Network) y WAN (acrnimo de Wide

Area Network). Un ejemplo de ellas es la red mundial de comunicaciones conocida como Internet.

Redes de clulaLas redes de rea local y de rea extensa antes citadas no estn diseadas, al menos inicial

mente, para satisfacer determinados requisitos que son propios o caractersticos del ambienteindustrial, entre los que se pueden destacar:

Funcionamiento en ambientes hostiles (presencia de fuertes perturbaciones electromagnticas,temperaturas extremas, polvo y suciedad, etc.).

Gran seguridad en el intercambio de datos en un intervalo de tiempo cuyo lmite superior sefija con exactitud (lo que se denomina comportamiento "determinista") para poder trabajarcorrectamente en tiempo real.

Elevada fiabilidad y disponibilidad de las redes de comunicacin, mediante la utilizacin dedispositivos electrnicos y/o medios fsicos redundantes y protocolos de comunicacin quedispongan de mecanismos avanzados para la deteccin y correccin de errores en lacomunicacin, etc.


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Por ello, en las dos ltimas dcadas del siglo XX se acrecent el inters por desarrollar redes decomunicacin especficamente diseadas para ambientes industriales, que integrasen sistemasheterogneos de diferentes fabricantes, y que diesen soporte a la intercomunicacin entre lasoperaciones del nivel de fbrica y las funciones de apoyo y gestin de la produccioncorrespondiente al nivel de empresa.

Fue la empresa General Motors la que, a mediados de los aos 80, decidi desarrollar una red decomunicaciones, adecuada a las necesidades de transferencia de informacin entre los sistemas decontrol de una fbrica. Dicha red fue denominada MAP (acrnimo de Manufactu- ring

Automation Protocol) y su principal objetivo era uniformizar los mtodos aplicados para la

comunicacin de los sistemas de control utilizados a nivel de planta o fbrica. Posteriormente, en elao 1986, surgi en el seno de la empresa Boeing la red de comunicaciones TOP (acrnimo de Technical and Office Protocol), para desarrollar un sistema orientado hacia la comunicacin dedatos en el rea tcnico/administrativa de la empresa. La red TOP fue incorporada a la red MAP, yse gener as el nuevo proyecto de red MAP/TOP, que contemplaba de esta forma tambin lacapacidad de interconexin de los sistemas de control utilizados en el nivel de fbrica con losequipos informticos presentes en los niveles superiores de la empresa.

La red MAP se desarroll de acuerdo con el modelo de interconexin OSI de sistemas abiertos.En su capa fsica y en la de control de acceso al medio se utilizaba, en especial por sucomportamiento determinista, el protocolo correspondiente a la red de rea local denominada depaso de testigo en bus (Token Bus), definida en la norma IEEE 802.49, en dos de sus variantes paracable coaxial: otras, de entidades conceptuales (denominadas 4 objetos de forma genrica), como

por ejemplo variables (que pueden ser independientes o estar estructuradas en forma de registros omatrices), programas (que pueden ser enviados, activados y finalizados de forma remota), mecanis-mos de comunicacin y sincronizacin entre procesos, como por ejemplo semforos y sucesos(events), etc.

El protocolo MMS est especificado en dos documentos normalizados: En ISO/IEC 9506-1 se describen los servicios que es posible invocar, de forma remota, para

actuar sobre los 4 objetos MMS asociados a un determinado dispositivo. En ISO/IEC 9506-2 se describe la sintaxis del protocolo MMS, en trminos de unidades de

datos de protocolo denominadas PDU (acrnimo de Protocol Data cmit), por medio de lasreglas de codificacin ASN.l (Abstract Syntax Notation-One) de la norma ISO 8824.

A pesar de sus caractersticas adecuadas para este segmento de las comunicaciones industriales,la red MAP casi no se utiliza actualmente a nivel industrial, entre otros, por los siguientes motivos:

Cubre adecuadamente los requisitos de comunicacin del nivel de empresa de la pirmideCIM pero, dada la robustez de los protocolos en los que se soporta para ello, proporciona, enla prctica, tiempos de respuesta en lnea comunicacin que son relativamente elevados paralos exigidos habitualmente en el nivel de planta o fbrica.

Su especificacin es tan vaga en algunos aspectos (de hecho, no existe un nico documentoque la defina claramente) que se ha hecho muy complejo y difcil el desarrollo de interfaces,tanto a nivel fsico (hardware) como de programacin (software), que le den soporte, con loque ello implica en costes comerciales.

Para superar estos problemas han surgido posteriormente, en la dcada de 1990, diferentesproyectos de redes basadas en la red MAP, que tratan de solucionar los problemas de comunicacinen tiempo real (determinista) de los niveles inferiores de la pirmide CIM. En dichos proyectos, selimitaron diversas caractersticas (Je la red MAPvcomQ por ejemplo la complejidad de los modelos

y normas seleccionadas en las diferentes capas y protocolos de comunicacin, la funcionalidad delas interfaces de cada capa, y el tamao mximo de las tramas de comunicacin o bloques deinformacin (Frames), etc. Entre ellos, se pueden destacar las redes denominadas MAP/EPA yMini-MAP.

En la actualidad constituye una lnea de investigacin y desarrollo de gran auge la adaptacin yredefinicin de las tecnologas que son normas. De facto en el mbito de las redes de datos, parapoder utilizarlas en mbitos ms cercanos a los de las redes de control.

Derivado de este hecho, actualmente se encuentra en proceso de definicin para el estableci-miento de comunicaciones industriales en el nivel de clula, el conjunto de redes denominadas

Industrial Ethernet cuya capa de enlace est basada en la tcnica de acceso al medio normalizadadenominada Ethernet y los protocolos bsicos de comunicacin (TCP/IP) utilizados por las redesofimticas.

Se simplifica as, al mximo, la implantacin de sistemas electrnicos de intercomunicacinentre las redes de datos de los niveles superiores y las redes de control de los niveles inferiores dela pirmide CIM, lo que hace que, en algunos casos, se difumine la clasificacin de la Tabla 6.3porque bajo una nica .norma funcionalmente compatible se satisfacen las necesidades de ambostipos de redes.


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A grandes rasgos, las redes industrial Ethernet tratan fundamentalmente de redisear elhardware y el software asociado a las capas inferiores propuestas por la norma Ethernet, con elobjetivo principal de adecuarlo para ser utilizado en el entorno de una planta industrial. Para ello seha considerado la integracin de sistemas electrnicos que permitan desarrollar, de formaintrnseca, tcnicas de comunicacin redundante y que presenten una mayor fiabilidad y vida tilque los utilizados tradicionalmente en el entorno de las redes de datos ofimticas. Se logra as queestos sistemas electrnicos de comunicacin puedan funcionar en las condiciones ambientales quese presentan habitualmente en una fbrica (alto nivel de interferencias electromagnticas,temperatura elevada, vibraciones, humedad, etc.).

En lo que respecta al protocolo de la capa de aplicacin del modelo OSI que se debe utilizar encombinacin con los protocolos de las capas inferiores del mismo, no existe actualmente unasolucin nica normalizada y estn planteadas diferentes propuestas, como por ejemplo "Mod-bus/TCP", "EtherNet/IP", "PROFINet", etc. Estas propuestas han nacido, en general, para tratar deadaptar la

cartilla automatizacion industrial y plc 2013

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