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Instituto Tecnológico de Monterrey y de Estudios Superiores campus Morelia

INGENIERÍA MECATRÓNICA

Automatismos Lógicos Dr. Rosalino Rodríguez Calderón

Memoria del curso

Luz Joaquín Cortes Cortes A01064560

1



Introducción A continuación se mostrara el contendió visto en la clase de automatismos lógicos con algunos ejemplos relevantes y algunos detalles muy importantes que servirán para repasar el temario ya visto en clase.

Temario del curso 1. Fundamentos teóricos de sistemas lógicos. 1.1. Introducción a los sistemas lógicos 1.2. Sistemas Numéricos 1.3. Funciones lógicas Básicas 1.4. Algebra Booleana 1.5. Minimización por Mapas de Karnaugh 2. Circuitos combinatorios digitales 2.1. Conceptos básicos de diseño de circuitos combinatorios con compuertas básicas 2.2. Diseño usando exclusivamente compuertas NAND. 2.3. Circuitos combinatorios mediante dispositivos lógicos programables (PLD’s) 2.4. Decodificadores, Multiplexores 3 .Circuitos secuenciales digitales 3.1. Conceptos básicos de circuitos secuenciales 3.2. Latches, Flip-Flop’s. 3.3. Análisis de circuitos secuenciales 3.4. Síntesis de circuitos secuenciales síncronos 3.5. Circuitos secuenciales mediante PLD´s 4. Lógica Industrial 4.1. Circuitos Lógicos Eléctricos 4.2. Diagramas de escalera 4.3. El Controlador Lógico Programable (PLC) 4.4. Estándar IEC 1131 para programación de PLC’s. 4.5. Temporizadores y contadores, conjunto de instrucciones, funciones y bloques de datos 4.6. Técnicas de programación de PLC’s.

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I Índice Introducción……………. …..2 Desarrollo……………………4 Conclusiones………………. Referencias……………….. Anexos……………………

3



II Desarrollo 1. Fundamentos teóricos de sistemas lógicos. 1.1. Introducción a los sistemas lógicos El funcionamiento de los sistemas lógicos, primera etapa es la adquisición de datos, segunda etapa procesamiento, almacenamiento y decisión, y la etapa final sistemas numéricos. 1.2. Sistemas Numéricos Los sistemas de numeración son conjuntos de dígitos usados para representar cantidades, así se tienen los sistemas de numeración decimal, binario, octal, hexadecimal a los cuales se les conoce como posicionales. Estos primeros cuatro se caracterizan por tener una base (número de dígitos diferentes: diez, dos, ocho, dieciséis) mientras que los no-posicional como lo es el romano y maya no poseen base y resulta más complicado su manejo. Ejemplo
:
Conversión de base N a base 10 Convertir
1012
a
la
base
10
 N10
=1x22
+0x21+1x20=510
 Ejemplo
:
Conversión de base 10 a base N Convertir 4110 a binario 41 20

1

10

0

5

0

2

1

1

0

0

1

1010012

4



1.3. Funciones lógicas Básicas -Circuitos cuya salida está en función de la combinación de entradas correspondiente a las funciones lógicas. Existen varias pero las mas básicas son AND, OR, NOT. Funcionamiento entrada-salida: expresión algebraica, tabla de verdad y diagrama de tiempo.

Compuerta NOT- su funcionamiento es invertir la señal de entrada, su expresión algebraica es Y=A negada.

A

Y

0

1

1

0

(Figura 1. Tabla de verdad de la compuerta NOT)

Compuerta AND- Salida igual a 1 si todas las entradas son 1.

A

B

Y

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

(Figura 2. Tabla de verdad de la compuerta AND)

Compuerta OR- 􏰁Salida igual a 1 si una o varias entradas son 1.

A

B

Y

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

(Figura 2. Tabla de verdad de la compuerta OR)

5



1.4. Algebra Booleana 
El
algebra
booleanas
es
un
sistema
matemático
deductivo
centrado
en
los
valores
de
 0
y
1

y
que
están
relacionados
por
dos
operaciones
suma(+)
y
producto(·)
 
 Ejemplo:
F=A
+
AB
+AB
+
Abnegada
 
 solución
 




















F=A+AB‐Abnegada





los
términos
similares
no
se
pueden
repetir
y
en
caso
 de
que
se
repitan
solo
se
ponen
una
vez.

 
 
 1.5. Minimización por Mapas de Karnaugh Los mapas de karnaugh son una forma de simplificar las funciones booleanas en los circuitos combinacionales. En los cuales se construye una tabla como se muestra en la figura 3. Se realiza por agrupar en grupos de1, 2, 4 u 8, las salidas, Buscando siempre agrupar el mayor número de salidas, es decir agrupar todas las salidas en un mínimo de grupos.


 











(Oigura
3
minimización
por
mapas
k.)


6



2. Circuitos combinatorios digitales

2.1. Conceptos básicos de diseño de circuitos combinatorios con compuertas básicas. Un circuito combinacional es un arreglo de compuertas lógicas compuesto por n entrada y m salidas, en las cuales las salidas dependen de las entradas en la figura 4 se muesta un diagrama de un circuito combinacional.

figura 4 circuito secuencial.

2.2. Diseño usando exclusivamente compuertas NAND. Las compuertas NAND son una compuerta AND pero negada dos veces para no afectar su salida, estas son muy útiles ya que nos permiten hacer lo que una compuerta AND no podría. Como se puede ver en la figura 5.

7



figura 5 compuerta NAND

2.3. Circuitos combinatorios mediante dispositivos lógicos programables (PLD’s) son circuitos que se pueden realizar mediante dispositivos lógicos programables como lo es el PLD el cual se puede programar mediante un lenguaje prográmale. Un ejemplo de un PLD es la gal (arreglo lógico genérico).

(figura 6 clasificación de los PLD)

8



2.4. Decodificadores, Multiplexores el uso de los multiplexores es muy útiles ya que reduce el numero de circuitos integrados a implementar.

(figura 7. diagrama de un multiplexor )

3 .Circuitos secuenciales digitales 3.1. Conceptos básicos de circuitos secuenciales características de los circuitos secuenciales: la salida depende de las salidas actuales y las entradas pasadas, circuito de memoria y combinación.

9



(figura 8. circuito lógico secuencial)

3.2. Latches, Flip-Flop’s. Son elementos de memoria el match es caracterizado por cambiar su salida cuando la entrada cambia y en caso de que se encuentre una señal de reloj, responde a niveles lógicos. En los flip-flops son circuitos de memoria en la que la salida se modifica solo si existen una transición en la señal de reloj responde a flancos negativos o positivos. Latch S-R Responde a flancos positivos y negativos y no a estados logicos.

(figura 9. Simbolo del Latch S-R y su tabla de verdad) Lip-flop JK Es muy similar al slip-flop RS en el cual las condiciones son j(set) y k (reset y permanencia) a diferencia del RS no tiene condicion N.D. 


10



(figura 10. Flip-Flop JK y tabla de verdad)

3.3. Análisis de circuitos secuenciales Un circuito lógico secuencial es síncrono si todos los bloques del circuito son combinacionales o de memoria, en la cual se utiliza una señal de reloj y elementos que reciben la misma señal. Para disenar un circuito secuencial existen muchas herramientas tal como la maquina de estados finitos FSM, de las cuales existen dos tipos; la Maquina de Moore y Maquina de Mealy. Maquina de Moor: La salida solamente depende de lps estados logicos del sistema. Maquina de Mealy: Las salidas dependen de os estados del sistema y de las entradas.

11



(figura 11. Maquina de estado finito)

3.4. Síntesis de circuitos secuenciales síncronos Para hacer el diseño de un circuito síncrono con maquinas de Moor se hacen los siguientes pasos: 1. Establecer el numero de estados de la maquina y obtener el numero de circuitos de memoria. 2. Realizar un diagrama de estados. 3. Hacer tabla de excitación. 4. Diseñar circuitos combinacionales. 5. Diseño final. Ejemplo; diseñe un circuito secuencial que cuente del cer al 3 y comience de nuevo. 1. Construimos el diagrama de estados luego la tabla de excitación.

12



(figura 12. Diagrama de estados ) (figura 13. Tabal de excitación)

3.5. Circuitos secuenciales mediante PLD´s

Son circuitos secuenciales diseñados para los PLD’s (Dispositivos Lógicos Programables) los cuales son programados mediante los diferentes hardware como CUPL. Ejemplo: Generar el archivo fuente en WinCUPL de un contador ascendente y descendente de dos bits utilizando las funciones sequence if. Name

Name ;

PartNo

00 ;

Date

01/05/2012 ;

Revision 01 ; Designer Engineer ; Company

University of Tulsa ;

Assembly None ; Location Device

; g16v8a ;

/* *************** INPUT PINS *********************/

13



PIN

1= clk

; /*

*/

PIN

2= sentido

; /*

*/

/* *************** OUTPUT PINS *********************/ PIN

12= A

PIN

13= B

; /* ; /*

*/ */

sequence [A,B] { present 'b' 00 if sentido next 'b'01; if!sentido next 'b'11; present 'b' 01 if sentido next 'b'10; if!sentido next 'b'00; present 'b' 10 if sentido next 'b'11; if!sentido next 'b'01; present 'b' 11 if sentido next 'b'00; if!sentido next 'b'10; }

(Figura 14. Archivo en WinCUPL de un contador ascendente y descentes) 


(Figura 15. Simulación del archivo)

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4. Lógica Industrial 4.1. Circuitos Lógicos Eléctricos Los circuitos eléctricos a un conjunto de componentes eléctricos (capacitores, inductores, resistencias, etc.) conectados entre sí con una función específica que se modifica a partir de señales electrónicas. Un circuito lógico eléctrico es capaz de controlar o realizar una función específica a partir de circuitos eléctricos controlados mediante funciones lógicas.

(Figura 16 diagrama de bloques del cpu) 4.2 Diagrama de escalera

Los diagramas de escalera lógica son un tipo de representación de los circuitos lógicos muy utilizados en el ámbito de la automatización industrial y control digital. Los diagramas escalera son muy utilizados en la programación de controladores lógicos programables PLC. El programa se caracteriza por tener la representación de contactos N A (normalmente abierto) y N C (normalmente cerrado), temporizadores, contadores, registros de desplazamiento y relés. Sus símbolos básicos son:

15



(figura 17. Diagrama de escalera) 4.3. El Controlador Lógico Programable (PLC) Los PLC generalmente se conectar a interruptores y sensores a las entradas para controlar motores o lamparas (salidas) para el CPU-222 sus especificaciones se muestrana continuación. El
PLC
mas
utilizado
es
uno
diseñado
con
SIEMNS,
el
PLC
S7‐200
CPU‐222,
Oigura
72,
 cuyas
especiOicaciones
son
las
siguientes:
 •
Lenguaje:
Step
7
 •
Entradas:
8
Digitales
 •
Salidas:
6
Digitales
 •
1
entrada
analógica
por
medio
de
un
potenciómetro.
 •
3
LED’s
indicadores
(Run,
Stop,
Term)
 •
2
Palabras
(1
In,
1
Out)
 •
Realiza
1
instrucción
en
1.25
µs
 •
1
puerto
en
el
que
se
conectan
módulos
y
se
bajan
programas.


16



(Figura 18. PLC)

4.4. Estándar IEC 1131 para programación de PLC’s. LA norma IEC 1131 (International Electric Commission) tiene dos tipos de programación: uno de ellos es el lenguaje de texto y el otro es el lenguaje grafico .

(Figura 19. Regulaciones IEC)

4.5. Temporizadores y contadores, conjunto de instrucciones, funciones y bloques de datos .

4.6. Técnicas de programación de PLC’s. 


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III Conclusiones

El curso de automatismos lógicos me ayudo a entender y conocer la electrónica digital, creo que adquirir los conocimientos básicos teóricos y prácticos. También aprendí muchos programas los cuales facilitan la vida a la hora de programar PLC´s, PLD´s BASYs entre otros ya que no era muy bueno en ningún tipo de programación y ahora me siento con mas habilidad para programar . En general en este curso e adquirido muchos conociemintos de los cuales los podré aplicar a futuros proyectos y clases.

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IV REFERENCIAS

Floyd, Thomas L. “Digital Fundamentals”, 9th edition, Prentice Hall, 2005 Histand, Michael B. “Introducción a la Mecatrónica y los sistemas de medición”,3th edición, McGrawHill, 2007 Boylestad, T. L., & Nashelsky, L. “Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos”. Prentice Hall, 2003. Tocci, R. J., Widmer, S. N., Sistemas Digitales: Principios y Aplicaciones, 8th edición, Prentice Hall, 2003. Artigas, J. I.; Barragán, L. A.; Orrite C.; Urriza I.; ELECTRÓNICA DIGITAL. Aplicaciones y problemas con VHDL, Pearson Education, 2002.

V Anexo 


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Memoria Autom.