Issuu on Google+

Introducció El concepte d’automatisme pot emprar únicament i exclusiva tecnologies com la mecànica,la pneumàtica, la hidràulica, l’electricitat, o bé combinar-les, com l’electropneumàtica. No necessàriament han d'incorporar un processament informàtic de la informació Històricament els primers automatismes, òbviament,van ser de caràcter mecànic i, posteriorment, es van anar incorporant altres elements.

Video. El comandament de control La tecnologia de control abasta tots els procediments i sistemes que permeten automatitzar màquines, aparells i processos de fabricació. La tecnologia (o sistema) de control és qualssevol tecnologia que permeti controlar, generalment de forma automàtica (no necessàriament) un ambient, una màquina, etc. L'objectiu d'un sistema de control és governar la resposta del sistema controlat sense que hagi d'intervenir directament una persona sobre els elements de sortida. L'operari manipula només les magnituds de sortida desitjades i el sistema de control s'encarrega de governar-les per mitjà dels accionaments o actuadors corresponents.


Exemples: Manual.. Obertura de l'aixeta Automàtic.. Llum escala Tecnologies cablejades i programables La tecnologia cablejada s’aplica a dispositius pneumàtics, hidràulics, elèctrics i electrònics. Presenta inconvenients:

La tecnologia programable és molt adaptable i pot dur a terme diferents funcion únicament canviant el programa de control.


Els senyals en els sistemes de control S’entén per senyal, tota magnitud física variable que pot utilitzar-se per transmetre informació de forma contínua Atenent la naturalesa d’aquests senyals, poden dividir-se en tres grups: Sistemes analògics. Treballen amb senyals de tipus continu. Temperatura, pressió, velocitat, etc. Sistemes digitals. Treballen amb senyals tot o res. Obert o tancat, activat o desactivat, condueix o no condueix, major o menor, etc. Sistemes híbrids analogicodigitals. Els sistemes de control actuals, amb un cert grau de complexitat, són majoritàriament híbrids, és a dir, són sistemes que processen senyals analògics i digitals alhora.


Ejemplos ilustrativos de sistemas de control. • Sistema de control de presión • Sistema de control de velocidad • Servosistema (sincros) • Sistema de control de temperatura (control por ordenador) • Sistema de control de temperatura en la cabina de un coche (control realimentado) • Control de la posición del brazo del robot • Control de la fuerza de agarre de la mano del Robot Cuerpo humano: • A nivel microscópico: planta industrial y red de transporte con numerosos sistemas de control • A nivel macroscópico: control de la temperatura corporal


Sistemes de control de llaç obert i llaç tancat El servosistema. Video Servosistemes Segons com treballi l’automatisme es poden dividir en sistemes de control de llaç obert i sistemes de control de llaç tancat.

Un exemple d’aquest tipus és el llum temporitzat d’escala


El que caracteritza un sistema de llaç tancat és l’acció de la sortida sobre l’entrada, mitjançant un procés continu de realimentació, que consisteix a comparar l’estat de la sortida amb el de consigna per modificar la resposta de l’automatisme d’acord amb el resultat de la comparació


La funció de transferència

Un exemple senzill de funció de transferència el podem trobar en un bloc constituït Per una resistència elèctrica o resistor la funció de transferència del bloc G(s) serà la relació entre les variables de sortida i d’entrada

la tensió en borns vR(t) d’aquest resistor com a variable de sortida

en què la transferència d’aquest bloc és la resistència R

La sortida o resposta serà,doncs, el resultat de multiplicar la funció de transferència, que és igual a R, per la variable d’entrada:

intensitat i(t) com a variable d’entrada


Components dels sistemes de control  Dispositius d’entrada d’ordres. Són els que permeten a l’operador l’entrada de dades i ordres al sistema Elements binaris: entre aquests podem destacar els polsadors, els interruptors, els commutadors, etc. Elements numèrics; entre aquests podem destacar els teclats numèrics com els de les calculadores, els alfanumèrics com els teclats d’ordinador i el preselectors digitals (rodes numerades, habitualment del 0 al 9, que es poden fer girar).  Dispositius d’entrada d’informació. Són constituïts bàsicament per sensors  Unitat de control o controlador. Constitueix el sistema de tractament de la informació del procés, i estableix la manera com s’han de combinar les entrades d’informació per tal d’activar les sortides del procés. Moltes vegades són necessàries les interfícies, que són també dispositius que adapten els senyals dels sensors a les entrades de la unitat de control.  Dispositius de sortida d’informació. S’encarreguen de la comunicació amb l’operador. Poden classificar-se en binaris (pilot visualitzador, timbres, sirenes, etc.), numèrics i alfanumèrics (displays de set segments, pantalles de cristall líquid, monitors,impressores, etc.), tot i que n’hi ha d’analògics com els indicadors d’agulla.


 Actuadors i preactuadors Els actuadors (motors, cilindres, resistències calefactores, etc.) són els encarregats d’operar sobre el procés. Sovint, els actuadors no són directament connectables al controlador i requereixen preactuadors (contactors, relés, vàlvules distribuïdores, variadors de tensió, etc.).


Controladors

Control proporcional (P) Si partíem d’un error o desviació nul·la en el nivell del dipòsit, llavors en les noves condicions d’equilibri hi haurà una desviació residual o permanent, anomenada offset. És a dir, en el nou règim d’equilibri (igualtat en els cabals d’entrada i de sortida) el nivell serà més baix que al principi.

http://subaru2.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/electro/mnueltro.html


ESTRUCTURA DEL CONTROLADOR PID

Prof. Paolo Castillo Rubio


CONTROLADOR PID Un controlador PID (Proporcional Integral Derivativo) es un sistema de control que, mediante un elemento final de control (actuador), es capaz de mantener una variable o proceso en un punto deseado dentro del rango de medición del sensor que la mide. Es uno de los métodos de control más frecuentes y precisos dentro de la regulación automática.


Funcionamiento El controlador lee una señal externa que representa el valor que se desea alcanzar. Esta señal recibe el nombre de punto de consigna (o punto de referencia), la cual es de la misma naturaleza y tiene el mismo rango de valores que la señal que proporciona el sensor. Para hacer posible esta compatibilidad y que, a su vez, la señal pueda ser entendida por un humano, habrá que establecer algún tipo de interfaz.


El controlador resta la señal de punto actual a la señal de punto de consigna, obteniendo así la señal de error, que determina en cada instante la diferencia que hay entre el valor deseado y el valor medido. La señal de error es utilizada por cada una de las 3 componentes de un controlador PID propiamente tal, para generar las 3 señales que, sumadas, componen la señal que el controlador va a utilizar para gobernar al actuador. La señal resultante de la suma de estas tres señales, se llama variable manipulada y no se aplica directamente sobre el actuador, si no que debe ser transformada para ser compatible con el actuador que usemos.


Las tres componentes de un controlador PID son: acci贸n proporcional, acci贸n integral y acci贸n derivativa. El peso de la influencia que cada una de estas partes tiene en la suma final, viene dado por la constante proporcional, el tiempo integral y el tiempo derivativo, respectivamente.


Acción Proporcional

Una ventaja de esta estrategia de control, es que sólo requiere del cálculo de un parámetro (ganancia Kc) y, además, genera una respuesta bastante instantánea. Sin embargo, el controlador proporcional posee una característica indeseable, que se conoce como error en estado estacionario (offset).


Acción integrativa

La acción integral da una respuesta proporcional a la integral del error. Esta acción elimina el offset, pero se obtiene una mayor desviación del set point, la respuesta es más lenta y el periodo de oscilación es mayor que en el caso de la acción proporcional.


En este tipo de control, la salida m(t) del controlador, es proporcional a la integral del error e(t), o sea:

Donde: m(t) es la seĂąal de salida del controlador e(t) es la seĂąal de error Ki es una constante, llamada “ganancia integralâ€?


Acción derivativa La acción derivativa da una respuesta proporcional a la derivada del error (velocidad de cambio del error). Añadiendo esta acción de control a las anteriores, se elimina el exceso de oscilaciones. No elimina el offset. Se manifiesta cuando hay un cambio en el valor absoluto del error; (si el error es constante, solamente actúan los modos proporcional e integral).


En este tipo de control, la salida m(t) del controlador, es proporcional a la derivada del error e(t), o sea:

Donde: m(t) es la seĂąal de salida del controlador e(t) es la seĂąal de error K d es una constante, llamada “ganancia derivativaâ€?


Acción de control proporcional integral derivativa: Esta acción combinada reúne las ventajas de cada una de las tres acciones de control individuales. La ecuación de un controlador con esta acción combinada se obtiene mediante:


ÂżCuĂĄndo utilizarlo?

En general, si se tiene un sistema de primer orden, se suele utilizar control PI (ya que la acciĂłn derivativa no tiene mayor efecto) y si el sistema es de segundo orden, se suele utilizar control PID. Para sistemas de orden mayor o con retardos muy grandes el control PID no es eficiente.


Transductors http://subaru2.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/electro/ mnueltro.html

Un dels sensors més emprat en sistemes de control de temperatura que requereixen una certa precisió, linealitat i fiabilitat és la sonda de platí- de la sèrie PT. www.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/electro/pt500.html


http://industrial.omron.es/es/products/catalogue/default.html http://industrial.omron.es/es/products/catalogue/control_components/temperature_controllers/ basic_temperature_controllers/e5csv/default.html


L’autòmat programable o PLC No va ser fins a la primera meitat de la dècada de 1970 que van incorporar la tecnologia del microprocessador, la qual cosa els va permetre d’augmentar les prestacions Els PLC actuals han millorat molt les prestacions respecte als primers en molts aspectes, fonamentalment n’han reduït la velocitat de resposta, dotant l’autòmat de capacitat de comunicació i incorporant-hi un joc d’instruccions de programació més ampli i potent. Avui dia, els models de la gamma alta s’acosten cada cop més a les prestacions d’un petit ordinador; fins i tot n’hi ha alguns de programables en llenguatges pròpiament informàtics, com ara el BASIC.


Les particulars característiques del PLC –dimensions reduïdes, simplicitat de muntatge i possibilitat d’emmagatzematge i modificació dels programes– fan que la seva potencialitat i efectivitat es posi més de manifest en múltiples processos, com ara maquinària tèxtil i de confecció, maquinària de la indústria del plàstic, màquines eina complexes, instal·lacions en la indústria de l’automòbil, instal·lacions d’aire condicionat i calefacció, instal·lacions de fred industrial, instal·lacions de plantes embotelladores, instal·lacions d’emmagatzematge i embalatge, senyalització de processos, etc.

http://olmo.cnice.mecd.es/~jmarti50/automatas/auto.htm#inicio


Avantatges i inconvenients del PLC El conjunt d’avantatges que presenta un PLC pot resumir-se en els aspectes següents:

 Possibilitat d’introduir modificacions sense haver de canviar la xarxa de connexions  Espai d’ocupació reduït.  Reducció del cost de la mà d’obra de la instal·lació.  Reducció del temps de l’elaboració del projecte.  Possibilitat de comandar diferents màquines amb un únic autòmat.  Reducció del temps de la posada en funcionament de la instal·lació, ja que queda reduït el temps de cablatge. A més, el mateix programa pot servir per automatitzar un nombre infinit de màquines o instal·lacions similars.  Reducció del cost de manteniment. Com que es redueix el nombre de components i el cablatge, s’augmenta la fiabilitat del sistema i disminueix el nombre d’avaries i, a més, la resolució d’aquestes avaries resulta més fàcil i ràpida.  Reutilització del PLC. Si una màquina o instal·lació queda fora de servei, l’autòmat segueix sent vàlid per fer-lo servir en una altra.


Estructura dels autòmats programables


Unitat de control És la part intel·ligent de l’autòmat. Té la funció de consultar l’estat de les entrades i executar seqüencialment les instruccions del programa, per poder elaborar els senyals de sortida o ordres que s’enviaran al procés. També s’encarrega de les comunicacions amb els equips de programació i els perifèrics externs (monitors, terminals de diàleg, ordinadors, altres autòmats, etc.), així com de la gestió dels estats d’error. L’element principal de la unitat de control és el microprocessador

 L’execució del programa d’un autòmat efectua un cicle, anomenat scan, que consisteix en les fases següents:  Lectura de les entrades i emmagatzematge dels seus estats en la taula d’imatges  Execució pròpiament dita del programa, a partir de les dades necessàries de la taula d’entrades, els relés interns, els temporitzadors, els comptadors, etc., i escrivint els resultats en la taula de sortides, comptadors, etc.  Còpia de la taula d’imatges de sortides sobre les sortides físiques de l’autòmat.  Inici d’un cicle nou. El programa es va repetint cíclicament, ja que les modificacions que van apareixent en les entrades han d’anar modificant els estats dels elements interns (relés, temporitzadors, comptadors...) i de les sortides de l’autòmat.


Memòria La memòria d’un autòmat programable és com el magatzem on guarda totes les dades que necessita per efectuar la tasca de control. Serveix per emmagatzemar el programa (dades de control) i les dades del procés.

Dades de control: – Seqüència d’instruccions o programa d’usuari. – Configuració de l’autòmat. Dades del procés: – Senyals d’entrades i sortides. – Variables internes (bit, paraula, etc.). – Dades alfanumèriques i constants.


Elements d’entrada i sortida Són els que permeten comunicar l’autòmat amb el procés que està controlant i amb l’usuari. Elements d’entrada informen de l’estat del procés (elements activats i desactivats, posicions, nivells, velocitats, etc.) a partir de la informació subministrada pels sensors i detectors del Sistema. Eelements de sortida permeten que l’autòmat actuï sobre els accionadors i preaccionadors del procés (relés, contactors, pilots, electrovàlvules, etc.).


Programació d’autòmats L’usuari estableix la seqüència d’ordres per poder efectuar el control del procés. Aquesta acció s’anomena programació de l’autòmat i la seqüència establerta, programa de l’aplicació

http://www.xtec.cat/aulanet/ciclesf1/interfaz/automatas.htm

http://perso.wanadoo.es/kiko2000/entrada_ct.html


Diagrama de contactes Llenguatge gràfic, semblant als esquemes de relés. Les línies lògiques van horitzontals en Lloc de vertical

http://www.infoplc.net/Ejemplos/Ejemplos.htm

http://www.xtec.cat/aulatec/pagnova/tdocent.htm#TAutomat


Diagràma lògic Es basa en la utilització de símbols normalitzats (portes) que representen funcions lògiques directesde l’àlgebra de Boole (AND, OR, etc.), o bé sistemes lògics més complexos (biestables, registres, comptadors, etc.). comptadors,

etc.).


Diagrama de flux o organigrama Mostra gràficament les seqüències d'evolució i presa de decisions del procés o automatisme

Podem establir dos tipus de diagrames de flux, un de nivell 1, en el qual representarem les accions que desenvoluparà el procés acció per acció, i un de nivell 2, en el qual substituirem les designacions del nivell 1 per les instruccions corresponents, per tal de poder realitzar el programa en l’autòmat.


GRAFCET El GRAFCET (Graphe de commande etapetransition), és a dir, la gràfica de comandament etapa-transició, representa directament la successió de les etapes dins d’un cicle de producció, separades per transicions o condicions de salt entre etapes. Podem considerar diversos nivells, normalment amb dos en tindrem prou. En el nivell 1, molt més genèric, definim les etapes i les transicions, així com les accions que cal efectuar en cada etapa. En el nivell 2, precisem les entrades i les sortides de l’autòmat que intervenen en cada etapa i transició


Transductors http://subaru2.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/electro/ mnueltro.html

Un dels sensors més emprat en sistemes de control de temperatura que requereixen una certa precisió, linealitat i fiabilitat és la sonda de platí- de la sèrie PT. www.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/electro/pt500.html


http://industrial.omron.es/es/products/catalogue/default.html http://industrial.omron.es/es/products/catalogue/control_components/temperature_controllers/ basic_temperature_controllers/e5csv/default.html


L’autòmat programable o PLC No va ser fins a la primera meitat de la dècada de 1970 que van incorporar la tecnologia del microprocessador, la qual cosa els va permetre d’augmentar les prestacions Els PLC actuals han millorat molt les prestacions respecte als primers en molts aspectes, fonamentalment n’han reduït la velocitat de resposta, dotant l’autòmat de capacitat de comunicació i incorporant-hi un joc d’instruccions de programació més ampli i potent. Avui dia, els models de la gamma alta s’acosten cada cop més a les prestacions d’un petit ordinador; fins i tot n’hi ha alguns de programables en llenguatges pròpiament informàtics, com ara el BASIC.


Les particulars característiques del PLC –dimensions reduïdes, simplicitat de muntatge i possibilitat d’emmagatzematge i modificació dels programes– fan que la seva potencialitat i efectivitat es posi més de manifest en múltiples processos, com ara maquinària tèxtil i de confecció, maquinària de la indústria del plàstic, màquines eina complexes, instal·lacions en la indústria de l’automòbil, instal·lacions d’aire condicionat i calefacció, instal·lacions de fred industrial, instal·lacions de plantes embotelladores, instal·lacions d’emmagatzematge i embalatge, senyalització de processos, etc.

http://olmo.cnice.mecd.es/~jmarti50/automatas/auto.htm#inicio


Avantatges i inconvenients del PLC El conjunt d’avantatges que presenta un PLC pot resumir-se en els aspectes següents:

Possibilitat d’introduir modificacions sense haver de canviar la xarxa de connexions

 

Espai d’ocupació reduït.

 

Reducció del cost de la mà d’obra de la instal·lació.

 

Reducció del temps de l’elaboració del projecte.

 

Possibilitat de comandar diferents màquines amb un únic autòmat.

 

Reducció del temps de la posada en funcionament de la instal·lació, ja que queda

 

reduït el temps de cablatge. A més, el mateix programa pot servir per automatitzar un nombre infinit de màquines o instal·lacions similars. Reducció del cost de manteniment. Com que es redueix el nombre de components i

 

el cablatge, s’augmenta la fiabilitat del sistema i disminueix el nombre d’avaries i, a més, la resolució d’aquestes avaries resulta més fàcil i ràpida. Reutilització del PLC. Si una màquina o instal·lació queda fora de servei, l’autòmat

 

segueix sent vàlid per fer-lo servir en una altra.


Estructura dels autòmats programables


Unitat de control És la part intel·ligent de l’autòmat. Té la funció de consultar l’estat de les entrades i executar seqüencialment les instruccions del programa, per poder elaborar els senyals de sortida o ordres que s’enviaran al procés. També s’encarrega de les comunicacions amb els equips de programació i els perifèrics externs (monitors, terminals de diàleg, ordinadors, altres autòmats, etc.), així com de la gestió dels estats d’error. L’element principal de la unitat de control és el microprocessador

L’execució del programa d’un autòmat efectua un cicle, anomenat scan, que consisteix

 

en les fases següents: Lectura de les entrades i emmagatzematge dels seus estats en la taula d’imatges

 

Execució pròpiament dita del programa, a partir de les dades necessàries de la taula

 

d’entrades, els relés interns, els temporitzadors, els comptadors, etc., i escrivint els resultats en la taula de sortides, comptadors, etc. Còpia de la taula d’imatges de sortides sobre les sortides físiques de l’autòmat.

 

 

Inici d’un cicle nou. El programa es va repetint cíclicament, ja que les modificacions que van apareixent en les entrades han d’anar modificant els estats dels elements interns (relés, temporitzadors, comptadors...) i de les sortides de l’autòmat.


Memòria La memòria d’un autòmat programable és com el magatzem on guarda totes les dades que necessita per efectuar la tasca de control. Serveix per emmagatzemar el programa (dades de control) i les dades del procés.

Dades de control: – Seqüència d’instruccions o programa d’usuari. – Configuració de l’autòmat. Dades del procés: – Senyals d’entrades i sortides. – Variables internes (bit, paraula, etc.). – Dades alfanumèriques i constants.


Elements d’entrada i sortida Són els que permeten comunicar l’autòmat amb el procés que està controlant i amb l’usuari. Elements d’entrada informen de l’estat del procés (elements activats i desactivats, posicions, nivells, velocitats, etc.) a partir de la informació subministrada pels sensors i detectors del Sistema. Eelements de sortida permeten que l’autòmat actuï sobre els accionadors i preaccionadors del procés (relés, contactors, pilots, electrovàlvules, etc.).


Programació d’autòmats L’acció de donar les ordres oportunes per efectuar el control del procés s’anomena programació de l’autòmat i la seqüència establerta, programa de l’aplicació.


La programació de l’autòmat implicarà desenvolupar, totalment o parcialment, els apartats següents:  Determinar què ha de fer el sistema de control i en quin ordre.  Identifi car el senyals d’entrada i de sortida a l’autòmat.  Representar per mitjà d’algun model o mètode gràfi c el sistema de control.  Assignar adreces d’entrada/sortida o internes a cadascun dels components que hi intervenen.  Confeccionar, pròpiament, el programa de l’aplicació per mitjà d’instruccions o símbols intel·ligibles per a la unitat de programació.  Transferir les instruccions obtingudes en la memòria de l’autòmat des de la unitat de programació.  Provar i depurar el programa, així com obtenir-ne una còpia de seguretat.


Diagrama de contactes


Diagrama de flux o ordinograma És un sistema de representació que té com a objectiu mostrar gràficament les seqüències d’evolució i presa de decisions del procés o automatisme.

Podem establir dos tipus de diagrames de flux, un de nivell 1, en el qual representarem les accions que desenvoluparà el procés acció per acció, i un de nivell 2, en el qual substituirem les designacions del nivell 1 per les instruccions corresponents, per tal de poder realitzar el programa en l’autòmat.


GRAFCET El GRAFCET és a dir, la gràfica de comandament etapa-transició, normalitzat segons la norma internacional IEC 848 (International Electrotechnical Commission), representa directament la successió de les etapes dins d’un cicle de producció, separades per transicions o condicions de salt entre etapes. Podem considerar diversos nivells, normalment amb dos en tindrem prou. En el nivell 1, molt més genèric, definim les etapes i les transicions, així com les accions que cal efectuar en cada etapa. En el nivell 2, precisem les entrades i les sortides de l’autòmat que intervenen en cada etapa i transició. http://www.xtec.cat/aulatec/re_reautomat.html http://disa.uvigo.es/software/plantsim/ http://www.xtec.cat/aulanet/ciclesf1/interfaz/ automatas.htm


Exercicis 1,4,7,9,10,11,12,13,16,17,18,19,20 24,25,27,28,33,34,35,36,38,39,44,47 48,49 Activitats finals De la 1 a la 16


Unitat8