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UNIVERSIDAD POLI T ECN I C A DE VALENCI A

G a r c í a " o r e n o

Alfaome g a UNIVERSIDAD POLITECNICA DE VALENCI A

•

A U T O M A T I Z A C I Ó N D E P R O C t

I N D U S T R I A L E S

E m i l i o García M o r e n o

t

X .

Alfaomeg a UNIVERSIDAD POLITECNICA DE VALENCI A

© Emi l i o Garc ía Moreno

Edic ión original publicada por

© Universidad Politécnica de Valencia

© 2001 ALFAOMEG A GRUPO E D I T O R , S. A. de C. V. Pi tágoras 1 139, Co l. Del Valle 03100, Méx i co, D. F.

Miembro de la C á m a ra Nacional de la Industria Edi tor ial Mexicana

Registr o No. 2317

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ISBN 970-15-0658-8

Derecho s reservados . Esta obra es propiedad intelectual de su autor y los derechos de

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al editor. Prohibida su reproducc ión parcial o total por cualquier

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CONTENIDO

1. Introducción a los Automatismos 3

1.1. Antecedente s histórico s 5

1.2. Lo s fundamento s moderno s de la Automátic a 7

1 .2 .1 . El a ut om a t ism o se c ue nc ia l 9

1.3. Model o estructura l de un Sistem a Automatizad o 10

1 .3 .1 . Part e ope ra t iva : Sist e m a s d e Fabricació n 12 1 .3 .1 .1 . Mode l o de Ent ra da -Sa l id a 13 1.3 .1 .2 . La s de c isione s e n e l m und o d e la fabricació n 14

1.3.2. T ipo s de Planta s d e Producció n 15

1 .3 .2 .1 . Proc e so s de f lu j o c ont inu o 16 1.3 .2 .2 . J o b Sho p 17 1.3.2.3. La producció n po r lot e s 17 1.3 .2 .4 . Línea s De dic a da s d e a l t o vo lum e n d e produc -

ción 18

1.3.3. T ipo s d e disposic ione s e n pla nt a 19 1 .3 .3 .1 . Disposició n d e posició n f i j a 19 1 .3 .3 .2 . Disposició n d e proc e s o 19 1 .3 .3 .3 . Disposició n d e f lu j o d e produc t o 20 1 .3 .3 .4 . Disposició n po r tecnologí a d e grup o 2 1

1.4. Part e de Contro l 21

1 .4 .1 . Clasificació n tecnológic a 22 1 .4 .1 .1 . Lógic a c a ble a d a 22 1 .4 .1 .2 . Lógic a progra m a d a 2 3

1.5. Nivele s de automatizació n 24 1 .5 .1 . N ive l e le m e nt a l 24

1.5.2. N ive l int e rm e di o 25 1 5 .3 . T e rc e r nive l 25

1 .5 .3 .1 . Cont ro l c e nt ra l iza d o 26 1 5 .3 .2 . Cont ro l m ult ic a p a 26 1 5 .3 .3 . Cont ro l jerárquic o 27 1.5.3.4. Cont ro l dist r ibuid o 27

1 5 .4 . Cua rt o n ive l . . 2 9

1.6. Concept o CIM: L a Automatizació n Integrad a po r

Computado r

1 .6 .1 . N ive l O

1.6.2. N ive l 1

1.6.3. N ive l 2

1.6.4. N ive l 3

1.6.5. N ive l 4

30 31

31

31

32

33

mediant e

2. Análisis y Síntesis de los Automatismos 39

2.1. Introducció n 41

2.2. Algebr a boolean a 41

2 .2 .1 . Concept o de va ria bl e boole a n a 41

2.2 .2 . Concept o de funció n boole a n a 42

2.2.3. Ope radore s boole a no s 43

2.2.4. Teorema s de M ORGA N 47

2.2.5. Func ione s lógica s de r iva da s 47

2.3. Análisi s de Automatismo s Combinacionale s y Secuenciale s 50

2.4. Automatismo s Combinacionale s 5 1

2 .4 .1 . Minimizació n de func ione s lógica s 5 1

2.4.2. Utilizació n de func ione s sum a d e produc to s y

2 producto s de suma s 5 1

4.3. Mapa s de Karnaug h 5 4

2 .4 .3 .1 . Tabla s de K a rna ug h de cua t r o va riable s 57 2.4.4. Método de Karnaug h m e dia nt e e x pre sione s maxter m 58

2 .4 .4 .1 . "Término s No Importan " en la s t abla s de Karnaug h 6 1

2.4.5. Ejemplo s de automat ismo s combinac iona le s 6 1

2.5. Automatismo s Secuenciale s 6 4

2 .5 .1 . Diseño de automat ismo s secuenc ia le s mediant e la Tabl a de Fase s 6 7

2.6. Representació n de los Automatismo s 7 2

2 .6 .1 . Lógic a de contacto s 7 3

2 .6 .1 .1 . Elemento s de Entrad a 7 4

X I I UPV-CFP

2.6.2. Elemento s de Salid a 2.6.3. Asociació n de elemento s 2.6.4. Funció n lógic a O (+) 2.6.5. Funció n lógic a Y (•) 2.6.6. Funció n O lógic a de func ione s Y 2.6.7. Funció n Y lógic a de func ione s O

2.6.8. Código s binario s

2.7. Dispositivo s funcionale s para la automatizació n

2 .7 .1 . Disposit ivo s mult ivibradore s 2 .7 .1 .1 . Mult ivibrado r biestabl e 2 .7 .1 .2 . Mult ivibrado r monoestabl e 2 .7 .1 .3 . Mult ivibrado r astabl e

2 .7 .2 . Disposit ivo s de temporizació n 2.7.3. Disposit ivo s contadore s 2 .7 .4 . Disposit ivo s de desplazamient o 2 .7 .5 . Disposit ivo s gene radore s de impuls o 2 .7 .6 . Disposit ivo s comparadore s 2 .7 .7 . De tec tore s de flanc o

3 . Sensores y Transductores

3.1. Introducció n

3 .1 .1 . De finic ione s

3.2. Principio s de transducció n

3.3. Clasificació n de lo s transductore s

3 .3 .1 . Característica s de lo s t ra nsduc t ore s 3 .3 .1 .1 . Característica s estática s

w

3 .3 .1 .2 . Característica s de fia bil ida d

3.4. Calibració n estátic a de lo s transductore s

3 .4 .1 . Linealizació n po r punt o f ina l 3 .4 .2 . Linealizació n po r línea independient e 3 .4 .3 . Linealizació n po r mínimo s cuadrado s

3.5. Transductore s específico s

3.6. Transductore s de Temperatur a 3 .6 .1 . Te rm istore s

UPV-CFP

Robótica y Automática

3.6.2. Detectore s de tempera tur a resist ivo s (RTD) 112 4

3.6.3. Termopare s 112 3 6 3 .1 . Circuito s integrado s c om o t ra nsduc t ore s de

tempera tur a 113 3.6.4. LM 35: senso r de t empe ra tur a de precisió n ca librad o

en grado s centígrado s 114 4. 3 .7 . Emisió n a distanci a de medida s de variable s de un pro -

ces o industria l 115

3.8. El bus de camp o (Fieldbus ) 118 3 .8 .1 . Clasificació n según extensió n de la re d 119 5 . A 3.8.2. Clasificació n de lo s sistema s de comunicació n 119

3 .8 .2 .1 . Cel l bu s 120 3.8.2.2. Fie l d buse s 120

3 .9 . Buse s Sensor-Actuado r 123

3.10. Buse s especializado s 124

3.10.1.Transductore s Inte ligente s 125

4. Codificadores digitales y captadores binarios 129

4.1. Codificadore s numérico s (encoders ) 131

4 .1 .1 . Codificadore s increméntale s 131 4.1.2. Codificadore s absoluto s 136

4 .1 .2 .1 . Característica s de lo s encoder s 138 4.2. Captadore s Binario s 139

4 .2 .1 . Detectore s de prox imida d induc t ivo s 140

4.2.2. Detectore s de prox imida d capac it ivo s 141 f 4 .2 .2 .1 . Característica s de lo s de tec tore s de 6 Q - 4

prox imidad... . 142 °" ° / s l

4.2 .5 .1 . Característica s de lo s fina le s de carrer a 147

X I V UPV-CFP

mot 4.2.3. Detectore s fotoeléctrico s 142

4 .2 .3 .1 . Detecto r fotoeléctric o de barrer a 143 4.2.3.2. Detecto r fotoeléctric o t ip o réfle x 143 4.2.3.3. Detectore s fotoeléctrico s t ip o autoréfle x 144 ¡ 6.2.

4.2.4. Detectore s de proximida d magnético s 145 j 4.2.5. Detectore s de posició n electromecánico s 146 ¡ 6.3.

UPV-CFp I

4.3. Preaccionadore s eléctrico s 4 .3 .1 . El Relé 4.3.2. EIRelé de enclavamient o 4.3.3. El Contacto r

4.4. Tecnologí a neumátic a 4 .4 .1 . Funcione s lógica s neumática s 4.4.2. El módul o secuenc iado r neumátic o 4.4.3. El dist ribuido r neumátic o

5. Autómatas Programables Industriales

5.1. Introducció n 5 .1.1. Estructur a de un Autómat a Programabl e Indust ria l 5.1.2. Arquitec tur a de un Autómat a Programabl e

5 .1 .2 .1 . Organizació n de la memori a 5.1.2.2. Fase s de operació n en march a y pa rad a ... 5.1.2.3. Est ruc tur a de un program a

5.1.3. T ipo s de Cic lo s de func iona m ie nt o 5 .1 .3 .1 . Parámetro s de evaluació n d e la s

prestac ione s de un Autómat a Progra m a bl e

5.1.4. T ipo s de lengua je s de programació n 5.1.5. Diagrama s de func ione s lógica s 5.1.6. Módulo s de comunicació n c o n e l e nt orn o

5 .1.6 .1. Módulo s e spe c ia le s 5 .1 .6 .2 . Direcc ionamient o y codificació n d e la s

va riable s de E/S 5.1.7. La s agresione s de l entorn o indust ria l

5. Sistemas de eventos discretos: herramientas de modelado

a lo s sistema s dinámico s de evento s discreto s

6 2. Característica s de lo s Sistema s de Evento s Discreto s 6 - 2 . 1 . El concept o de event o

6.3. E j e m p , o s típico s de sistema s de evento s discreto s °¿.1 . Sistema s de cola s

UPV-CFP

6.3.2. Sistema s de computadore s 6.3.3. Sistema s de comunicació n 6.3.4. Sistema s de fabricació n 6.3.5. Sistema s de tráfic o

6.4. Introducció n a las rede s de Petr i 6 .4 .1 . Definic ione s de la s rede s de Pet r i

6 .4 .1 .1 . Lugare s de ent rad a y sa lid a 6 .4 .1 .2 . T ipo s de Nodo s de la s RdP 6.4.1 .3 . Rede s de Pet r i ordina ria s y gene ra lizada s 6 .4 .1 .4 . Marcad o de un a re d de Pet r i 6 .4 .1 .5 . Dispar o de un a transició n 6.4.1 .6 . T ipo s de Rede s de Pe t r i

6 .4.2. Propiedade s de la s rede s de Pe t r i 6 .4 .2 .1 . El marcad o

6.4.3. Ecuació n funda m e nt a l de la s rede s de Pe t r i 6 .4 .3 .1 . Vec to r característic o 6.4 .3 .2 . Mat ri z de Inc idenc i a 6 .4 .3 .3 . Red de Pet r i viv a 6 .4 .3 .4 . Red de Pet r i l im itad a 6.4 .3 .5 . Red de Pet r i c onform e

6.4.4. Arco s inhibidore s 6.4.5. Marcad o invariant e 6.4.6. Capac ida d de la s RdP en la representació n de la s

re lac ione s ent r e subproc e so s 6 .4 .6 .1 . Secuenciació n de t a re a s 6 .4 .6 .2 . Selecció n de secuenc ia s 6.4.6.3. Sincronizació n 6.4.6.4. Concurrenc i a 6.4.6.5. Compartició n de recurso s 6.4.6.6. Memorizació n 6.4.6.7. Ejecució n en a lte rnanc i a 6.4.6.8. Lectur a 6.4.6.9. Limitació n de capac ida d

6.4.7. Rede s de Petr i no-autónoma s 6 .4 .7 .1 . Rede s de Pet r i sinc ronizada s 6.4.7.2. Rede s de Petr i temporizada s

6.5. Interpretació n de las rede s de Petr i

1*

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230

233 7 Introducción al Grafcet

7 1. El Grafcet : Gráfic o de Mando etapa/transició n 235

7 i 1 Definició n de concepto s y e lemento s gráfico s asociado s ^

7 .1 .1 .1 . Etap a 2 3 6

7.1.1.2. Acció n asoc iad a 238 7.1.1.3. Transició n y recept ivida d 241 7.1.1.4. Arc o 243 7.1.1.5. Trazo s para le lo s 244

7.2. Reglas de Evolució n 245 7.2.1. Condic ione s evolut ivas : la s c inc o regla s de l Gra fce t 246

7.3. Estructura s en el Grafce t 247 7.3.1. Est ructura s básica s 247

7 .3 .1 .1 . Secuenc i a únic a 247 7.3.1 .2 . Secuenc ia s para le la s 248

7.3.2. Est ructura s lógica s en e l Gra fce t 248 7 .3 .2 .1 . Divergenc i a en OR 249 7.3.2.2. Convergenc i a en OR 249 7.3.2.3. Dive rgenc i a en AN D 250 7.3.2.4. Convergenc i a en AN D 250 7.3.2.5. Sa lto s Condic iona le s 251

7.4. Ejemplo s de aplicació n 252

7.5. Macro-representacione s 257

7 .5 .1 . El concept o de m a c ro-e t a pa : repetició n de secuenc ia s 257 7 .5 .1 .1 . Representació n de la m a c ro-e t a p a 258

Implementación del automatismo a partir del Grafcet 261


8.2. Módul o secuencia l de etapa 263 8-3. Obtenció n de las funcione s lógica s a parti r del

"• agrama Grafce t 265

8 3 .1 . Ecuació n de activación/desactivació n de e tap a 265 o o ~ c

t c ua c ione s de activació n de operac ione s de mand o 267

UPv-CFP


8.4. Ecuacione s de activación/desactivació n y estructura s lógica s 269 8 .4 .1 . Divergenci a en OR 269

8.4.2. Convergenc i a en OR 270

8.4.3. Divergenci a en AN D 271

8.4.4. Convergenc i a en AN D 272

8.4.5. Las e tapa s de inicializació n 272

8.5. Norma s especiale s de representació n Grafce t 274

8 .5 .1 . Evoluc ione s simultánea s 275 8.5.2. Secuenc ia s exc lusiva s 276 8.5.3. Secuenc ia s co n priorida d 276 8.5.4. Acció n mantenid a 277

8.6. Las temporizacione s y contadore s en el Grafce t 279 8 .6 .1 . Utilizació n de lo s contadore s en e l Gra fce t 282

8.6.2. Transic ione s po r flanco s 282

8.6.3. Efect o de l t ip o de preacc ionado r sobr e lo s modelo s Grafce t 283

8.6.4. Implementació n sobr e Autómata s Programable s Industria les : tabl a de asignació n de variable s 285

8.7. Estrategi a de diseñ o para sistema s de mayo r complejida d • 2 8 6

8 .7 .1 . Subproces o de t ransfe renc i a e indexad o 288

8.7.2. Subproces o de marcad o 2 9 0

8.7.3. Subproces o de ta ladrad o • 2 9 1

8.7.4. Subproces o de modelad o 2 9 2

8.7.5. Estructuració n de la s secuenc ia s 2 9 4

. Diseño estructurado • 2 9 9

9.1. Introducció n 3 0 1

9.2. Modo s de Marcha. . 3 0 2

9 .2 .1 . Marcha s automática s 3 Q 3

9.2.2. Marcha s de intervenció n 9 .2 .2 .1 . Funcionamient o semiautomático : March a ^

cicl o a c ic l o - Cic l o únic o

X V l l i UPV-CFP

Contenido

9 .2 .2 .2 . Func iona m ie nt o Automático : ma rch a c ic l o automático - c ic lo s c ont inuo s 305

9 .2 .3 . M a rc ha s de a just e de l sist e m a 306

9.3. La Segurida d 307 9 .3 .1 . T ra t a m ie nt o de a la rm a s y e m e rge nc ia s 307 9 .3 .2 . Eje m pl o d e aplicació n 311

9.4. Diseñ o estructurad o de los sistema s de contro l auto -mátic o 314 9 .4 .1 . Dia gra m a s je ra rqu iza do s y forza d o d e si t ua c ione s 315 9.4.2. Orde n d e forza d o 316

9 .4 .2 .1 . Re gla s d e forza d o 316 9.4.3. Aplicació n de l diseñ o est ruc turad o 317

10. Guía de estudio de los modos de marcha y paro de los sistemas automatizados: GEMMA 321


10.2. Principale s concepto s 324

1 0 .2 .1 . Constitució n d e un GEMMA 324 10.2.2. Clasificació n de lo s modo s de march a y parad a 324

1 0 .2 .2 .1 . Grup o F: procedim iento s de func iona -mient o 325

10.2 .2 .2 . Grup o A: procedim iento s de parad a 325 10.2 .2 .3 . Grup o D: procedim iento s de fa llo s 325

10.3. Métod o genera l de utilizació n de GEMMA 326

1 0 .3 .1 . Identificació n y definició n de lo s estado s y de la s unione s 327

10.4. Grup o F: Procedimiento s de funcionamient o 330

1 0 .4 .1 . F1 : Producció n norma l 331 10.4.2. F2: Marcha s de preparació n 331 10.4.3. F3: Marcha s de c ie rr e 331

10.4.4. Grup o F: marcha s manua le s de prueba s y de mantenim ient o 331 1 0 .4 .4 .1 . F4: marcha s de verificació n en e l

desorde n 3 3 ^ 10.4 .4 .2 . F5: marcha s de verificació n baj o orde n 332 10.4 .4 .3 . F6: marcha s de tes t 3 3 5

UPV-CFP XIX

Rcéóticaj^tomátíca^ . —

10.5. Grup o A: procedimiento s de parad a de la part e operativ a 3 3 3

1 0 .5 .1 . A 1 : pa rad a en e l e st a d o inic ia l 3 3 3 10.5.2. A2 : pa rad a sol ic it a d a en fi n d e c ic l o 3 3 4

10.5.3. A3 : pa rad a sol ic it a d a en un e st a d o de t e rm ina d o 3 3 5

10.5.4. A4 : pa rad a obt e nid a 3 3 5 10.5.5. A5 : preparació n pa r a l a reposició n e n m a rc h a

despué s de un fa ll o 3 3 5 10.5.6. A6 : pue st a de la pa rt e ope ra t iv a e n e l e st a d o

inic ia l 3 3 6 10.5.7. A7 : pa ra d a de urge nc ia ; pue st a d e la pa r t e

ope ra t iv a en un e st a d o de t e rm ina d o 3 3 6 10.6. Grup o D: procedimiento s de fallo s de la part e

operativ a 337

1 0 .6 .1 . D1 : pa ra d a de urge nc i a 3 3 7

10.6.2. D2: diagnóstic o y/o t ra t a m ie nt o d e fa l lo s 3 3 7

10.6.3. D3: producció n no obst a nt e 3 3 8

10.7. Estado s de la part e de control : grup o de estado s PZ 339

1 0 .7 .1 . PZ 1 : pue st a de la pa rt e d e c ont ro l s i n energí a 3 4 0

10.7.2 . PZ2: pue st a de la pa rt e d e c ont ro l e n e s t a d o d e march a 3 4 0

10.7.3. PZ3: pue st a de la P.C. fue r a de l e st a d o d e m a rc h a 3 4 1

GLOSARIO 3 4 3

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS... . 1 7 *

i

I

X X

PROLOGO

La automatizació n de lo s proceso s indust ria le s const it uy e un o de lo s objet ivo s más im port a nt e s de la s e m pre sa s en la siempr e incesant e ta re a de la búsqued a de la c om pe t it ivida d en un entorn o cambiant e y agresivo . La automatizació n de un proc e s o indust ria l , (máquina , conjunt o o equip o indust ria l ) c onsist e en la incorporació n a l m ismo , de un conjunt o de e le -mento s y disposit ivo s tecnológico s qu e a se gure n su cont ro l y bue n c om -portamiento . Dich o a ut om a t ism o , e n ge ne ra l ha de se r capa z de reacc iona r frent e a la s si t ua c ione s pre vist a s de a nt e m a n o y además fre nt e a im ponde -rables , t e ne r c om o obje t iv o sit ua r a l proc e s o y a lo s recurso s humano s qu e lo asiste n e n la situació n más fa vora ble .

Históricamente , lo s obje t ivo s d e la automatizació n ha n sid o e l procura r la reducció n d e c ost e s d e fabricación , un a c a l ida d c onst a nt e en lo s medio s de producción , y l ibe ra r a l se r hum a n o d e la s t a re a s t e diosa s , pe ligrosa s e insa lubres .

De sd e lo s años 6 0 de bid o a la a lt a c om pe t i t iv ida d e m pre sa ria l y a la internacionalizació n c re c ie nt e d e lo s m e rc a dos , e st o s obje t ivo s ha n sid o a m plia m e nt e inc re m e nt a dos . Téngas e e n c ue nt a qu e c om o resultad o de l entorn o c om pe t i t ivo , c ua lqu ie r e m pre s a s e v e som e t id a a gra nde s y rápi -do s proc e so s d e c a m bi o e n búsqued a d e s u adecuació n a la s demanda s de m e rc a do , neutralizació n d e lo s a va nc e s d e s u c om pe t e nc ia , o sim ple -ment e c om o m a niobr a d e c a m bi o d e e st ra t e g i a a l ve rs e a c ort a d o e l c ic l o de vid a d e a lgun o d e su s produc t os . Ell o obl ig a a m a nt e ne r , medio s de producció n a de c ua do s qu e pose a n un a gra n f le x ib i l ida d y pue da n modifica r oport una m e nt e la e st ra t e g i a d e producción .

La aparició n d e la microelectrónic a y e l c om put a dor , ha tenid o com o c onse c ue nc i a e l qu e se a posibl e un m a yo r nive l de integració n ent r e e sist em a produc t iv o y lo s c e nt ro s d e decisió n d e polític a e m pre sa ri a

La tecnologí a d e la automatizació n s e c e nt r a e n e l c onoc im ie nt o de lo s disposit ivo s tecnológico s ut i l iza do s e n la implementació n de lo s a ut om a -t ism os , t a le s c om o t ra nsduc t ore s , pre a c c iona dore s , disposit ivo s func iona -le s de aplicació n específic a ( t e m por iza dore s , c ont a dore s , módulo s se -c ue nc ia dore s e t c . ) y lo s d isposi t ivo s lógico s d e c ont ro l (autómata s progra -m a r e s indust r ia le s ) a c uy o e st udi o de d ic a m o s un a pa rt e de l contenid o de l present e t ra ba jo .

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Por ot r a part e e l diseñado r y e l equip o de m a nt e nim ie nt o de lo s proc e -so s automat izados , debe n conta r co n un a se ri e de proc e dim ie nt o s m e t o -dológico s qu e le permita n aborda r de un a mane r a sist e m a t iza d a y pot e nt e el estudi o pre liminar , diseño , análisi s y m a nt e nim ie nt o de e st o s sist e m a s automat izados . Por ta l mot ivo , un a pa rt e de l t ra ba j o se ha de dic a d o a l e s -tudi o de a lguna s de dicha s he rra m ie nt a s , pa rt ie nd o de la s más sim ple s , ta le s com o la s tabla s de Ka rnaugh , t a bla s de fa se s , hast a la s más pot e n -tes , rede s de Pet ri , GRAFCET , y GEMMA.

En e l desarroll o de l present e t ra ba jo , se ha de a gra de c e r la ine st im a -bl e colaboració n de Franc isc o Fernánde z Gue rr a qu e ha llevad o a c a b o la realizació n de ta rea s de t ra t a m ie nt o de t e x t o s y gráficos , y a la inic ia t iv a promotor a de l Cent r o de Formació n Post gra d o de la U nive rsida d Politéc -nic a de Va lenc ia .

El auto r

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C A P I T U L O

INTRODUCCION A LOS AUTOMATISMOS

1. 1. Antecedentes históricos................................—» 5

1.2. Los fundamentos modernos de ta Automá-tica...................................................................... 7

1.3. Modelo estructural de un Sistema Automati-zado ... 10

1.4. Parte de Control - 21

1.5. Niveles de automatización................................ 24

1.6. Concepto CIM: La Automatización Integrada por Computador.................................................. 30

1.7. Estructuras distribuidas mediante Redes de Area Local.......................................................... 34

Introducción a los Automatismos

Obje t ivos :

• Conoce r a lguno s de lo s antecedente s histórico s de la Automátic a

• Desc ribi r e l m ode l o e st ruc t ura l de un Sistem a Aut om a t iza do .

Conoce r lo s d is t in t o s t ipo s de tecnologí a par a la implementació n de lo s d ispos i t ivo s lógico s de c ont ro l .

Plantea r lo s d is t in t o s nive le s de automatización .

• De sc ribi r lo s t ipo s de Sist e m a s de Fabricació n y su s d ispos i -c ione s en pla nt a .

/. 1. Antecedentes históricos

El términ o autómat a se ha venid o aplicand o desd e t iemp o mu y ant igu o a aquell a c las e de máquina s en la s qu e un a fue nt e de energía acc ionab a un mecanism o inge niosa m e nt e c om bina do , pe rm it iend o im ita r lo s m ovi -miento s de lo s se re s a nim a dos .

Ateniéndono s a est a prime r a acepción , ent r e lo s primero s autómata s de lo s qu e se t ien e not ic ia , se c ita n la s e st a t ua s animada s qu e habría n sid o const ruida s en e l t e m pl o de Dédalo . Lo s griegos , y más ta rd e lo s romanos , conoc ie ro n ya va rio s t ipo s de jugue t e s mecánicos . A l parece r a lguno s famoso s autómata s fue ro n c onst ruido s en la e da d medi a po r San Albert o Magn o o Re giom ont a n o (Jua n Mulle r) .

Menció n espec ia l m e re c e V a uc a nson , e l cua l construy ó en su juventu d «sublime s juguetes» : ent r e e llo s e l Flautista, qu e representab a un faun o según mode l o de la esta tu a de Coysevox , qu e e jecutab a un a docen a de aire s valiéndos e de m ovim ie nt o s de la lengua , labio s y dedos ; el Tamborilero; la Tañedora , qu e todaví a pued e se r admirad a en el conservatori o de a rte s y ofic io s de París; y un áspid, qu e se utiliz ó en la s representac ione s de la Cleopatra de M a rm ont e l . Sin embargo , la fam a de Vaucanso n se deb e sobr e t od o a su célebr e Pato, e l cua l e ra capa z de bati r la s a las , zambull irse , nadar , t ra ga r gra n o e inc lus o expe le r un product o parec id o a l exc remento . A l pa rece r un a sol a de su s ala s se componí a de una s 2000 piezas . No obstante , en t odo s eso s autómata s no se t ra tab a de copia r la vida , sin o únicament e de imita r a lguno s de su s acto s a islados .

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Figura 1.1. El pato de Vaucanson (cortesía de FESTO)

En todo s lo s autómata s c e le bre s de l s . X V I I I s e re pi t e e l proc e s o de imitación , pudiéndos e c ita r , ent r e e l los : la s Cabezas parlantes de l a ba t e Mica l ; e l Androide escritor qu e Frede ri c de K na us s present ó e n V ie na , e n 1760; lo s autómata s e x pue st o s en Fra nc i a y e n Suiz a po r lo s he rm a no s Droz ; la Panharmónica c onst ruid a e n 1 8 0 8 po r Le ona r d M a e lze l , de Rat isbona ; lo s re loje s de Lyo n y Ca m bra i , y e l d e Est ra sburgo , de bid o a Schw ilgu e (1842), así c om o lo s num e roso s re loje s d e péndola , a n im a dore s de autómatas , origina le s de a rt e sa no s rusos , qu e todaví a ho y pue de n admirars e en la s vit rina s de l K re m lin ; d e Robe r t H oudi n m e re c e n e spe c ia l mención : el Escamoteador, e l Volatinero, e l Pájaro cantor, e l Escritor dibujante, el Paste le ro , e tc .

Durant e much o t ie m p o existi ó un autómat a qu e t uv o int r iga d a a la opinión : el Jugador de ajedrez, de K e m pe le n , qu e consistí a e n un a e spe c i e de ca j a co n un table r o e nc im a , ant e e l c ua l un autómat a moví a la s pie za s frent e a un cont rincant e humano . Ese juga do r ga na b a d e m a ne r a c a s i sistemática ; result a pue s segur o qu e un e x pe rt o juga do r s e ha l la b a oc ul t o dent r o de la ca ja .

El desarroll o de la e lec t ric ida d y de la electrónic a permiti ó la aparició n de un a nuev a generació n de autómatas , c a pa c e s de im it a r re a lm e nt e a lguna s func ione s inte lec tua le s y no sólo de re produc i r de t e rm ina do s comportamientos . Ya en 1912, e l juga do r de a je dre z eléctric o de T orre s

H G R M C a p a Z d G Í U i a r f i n a l e s d e P a r t i d a < r e V c o n t r a ^ y y t orre ) . El jugado r de N,m, const ru.d o en 1951 en la unive rsida o de M a nc he st e r , y


citad o repe t ida s ve c e s , const it uy e ot r o e jempl o de un autómat a mu y elemental , dad o qu e ex ist e un a lgoritm o qu e permit e gana r co n segurida d en est e jue go . Por aque ll a m ism a époc a St rache y construy ó en E.E.U.U. u n jugado r de da m a s c a pa z de enfrenta rs e co n un bue n jugador ; par a e ll o la máquin a de b e ana liza r la s c onse c ue nc ia s de t oda s la s juga da s posible s a part i r de un a situació n dada , y est o co n va ria s juga da s de antelación . Lo s adelanto s de la microelectrónic a propic ia ro n la aparició n en e l mercad o norteamericano , en 1977 , de un juga do r de a jedre z capa z de desarrolla r un jueg o de nive l mu y a c e pt a bl e po r un prec i o re la t ivament e módico .

Resultarí a pue s fa c t ibl e en la a c t ua lida d const rui r un autent ic o jugado r de a jedre z a ndroide . La indust ri a ut iliz a autómatas , de nom ina do s robots , capace s de lleva r a c a b o m a nipula c ione s así, com o ope rac ione s de montaj e y de e nsa m bla je .

1.2. Los fundamentos modernos de la Automática

La e ra m ode rn a de la automatizació n c om ie nz a co n la aparición , en 1775 de la máquin a d e va po r de sim pl e e fe c t o inventad a po r Jame s Wat t . La máquin a de dobl e e fe c t o de 1784 e st a b a provist a de do s automat ismos : el dist ribuido r de va po r y e l re gula do r de bolas , qu e mantení a constant e la ve loc ida d del árbo l d e sa l id a a pe sa r de la s f luc t ua c ione s de la carga .

En e l c ont e x t o a c t ua l , la AUTOMÁTICA se de fin e com o la Cienc i a y Técnic a de la automatización , qu e a grup a e l c onjunt o de la s disc iplina s teórica s y tecnológica s qu e int e rvie ne n e n la concepción , la construcció n y el emple o de lo s sist e m a s automáticos . La automátic a const ituy e el aspect o teóric o de la cibernética . Está e st re c ha m e nt e vinculad a co n las matemáticas , la estadística , la teoría de la información , la informátic a y técnica s de la ingeniería .

Podría re a liza rs e un a distinció n ent re : la automática teórica, conjunt o de lo s método s matemático s de análisi s y de síntesi s de lo s sistema s automático s y de su s e le m e nt os ; y la automática aplicada, qu e t ra t a más específicament e de lo s proble m a s práctico s de automatización , qu e conc iern e a la teoría y a la tecnologí a de lo s captadores , lo s acc ionadore s y lo s ordenadores .

El func iona m ie nt o de t od o sist em a automátic o se asient a en la confrontació n de un a información de mando, qu e describ e el program a deseado , co n un a información de estado, confrontació n de la qu e se deriva n la s órdene s de mand o qu e ha n de dars e a lo s accionadores qu e

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actúa n sobr e e l sist e m a , m odif ic a nd o así su e st a do . Est a sucesió n de ope ra c ione s se suc e de n en un a e st ruc t ur a de buc l e c e rra do , dond e un c e nt r o de ope ra c ione s de mando y de control, a se gur a e l bue n c om por -t a m ie nt o de la instalación .

Basado s en e l c onc e pt o matemátic o de autómata , es dec ir , e l ent e const it uid o po r un c onjunt o de regla s qu e de f ine n e st a do s y c ondic ione s de cambi o de estado , en lo s automatismos secuenciales, de lo s qu e e l ascenso r const it uy e un o de lo s e je m plo s clásicos , la informació n de estad o vien e proporc iona d a ge ne ra lm e nt e po r c a pt a dore s bina rios , y e l t ra t a -m ient o de la informació n es de na t ura le z a lógica . El progra m a está c ons -t it uid o po r un a sucesión , o se c ue nc ia , de fa se s ope ra t or ia s e nla za da s una s co n ot ra s según un c onjunt o de re gla s lógicas . Eso s sist e m a s c onst it uye n la inmens a mayorí a de lo s a ut om a t ism o s indust r ia le s , e spe c ia lm e nt e lo s dedicado s a la automatizació n de la fabricación . Lo s orde na dore s , c ons -t it uye n si n dud a un a de la s form a s más sof ist ic a da s d e lo s a ut om a t ism o s secuenc ia les .

En lo s se rvosist e m a s , la informació n de e st a d o a dopt a la form a de un a o varia s magnit ude s qu e c a ra c t e riza n e l e st a d o de l sist e m a . La energía comunicad a a lo s a c c iona dore s se dosif ic a segú n la s dife re nc ia s ent r e esa s magnit ude s y lo s va lore s de se a dos , y e l buc l e de c ont ro l actúa en tant o qu e un sist e m a de ce r o automático , t ie nd e c onst a nt e m e nt e a anula r la dife renc i a ent r e e l va lo r ac tua l y e l e st a d o de se a do . Est e princ ipi o de estad o de de pe nde nc i a t ie nd e a re duc i r la inf lue nc i a de la s pe rt urba c ione s ex te riores . En lo s re gula dore s de sost e nim ie nt o , un a m a gnit u d regulad a está obligad a a conse rva r lo me jo r posibl e un va lo r a signa d o a pe sa r de la s pe rturbac iones , en t a nt o qu e en lo s servomecanismos o re gula dore s de correspondenc ia , un a magnit u d de sa lid a de b e a m olda rs e lo me jo r posibl e a la s evoluc ione s de un a magnit u d de e nt ra da .

Lo s sistemas adaptativos poseen , además de la fa c ult a d de la autocorrecció n de la s va riac ione s de un a se ri e de parámetros , un a facult a d de autorregulació n qu e le s permit e func iona r c orre c t a m e nt e en condic ione s ex te riore s mu y dive rsas . La resistenc i a a la s pe rt urbac ione s y a la s fluc tuac ione s de l entorn o se ve así inc rementada .

Ot ro s so n lo s denominado s sistema s autodidácticos,, en lo s qu e el program a de t ra tamient o de la informació n se e labor a y se pe rfecc ion a en curs o de func ionamient o po r autoaprendiza j e ba j o la direcció n de un superprograma . Est e princ ipi o se aplic a ent r e ot ro s a la identificació n automátic a de forma s y de lo s sonidos .

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En suma , lo s a ut om a t ism o s a ba rc a n a lo s automa t ismo s secuenc ia les , los se rvosistemas , lo s sist ema s adapta t ivo s y lo s sistema s co n a ut oa pre n -diza je. , " '

1.2.1. El a u t om a t ism o se c ue nc ia l

En e l c ont e x t o de l pre se nt e curso , no s merec e espec ia l atenció n lo s Automat ismo s Se c ue nc ia le s . Un a ut om a t ism o secuencial, es un sistem a cuy o func iona m ie nt o e m ple a un a se c ue nc i a de fa se s c la rament e dife renc iadas , según un c onjunt o de regla s preestablec idas . En e l cas o más senc illo , e l f ina l de c a d a fa s e de t e c t a d o po r un c a pt a do r apropiado , da pas o al inic i o de la fa s e siguie nt e . La s c ondic ione s de transició n ent r e fase s adopta n la form a de c ondic ione s lógica s más o meno s comple ja s provocand o c a m bio s de e st a d o de l sist e m a cont rolado . Lo s automa t ismo s secuenc ia le s pue de n func iona r ya se a sobr e la bas e de la lógic a cableada , de form a específic a m e dia nt e lo s de nom ina do s a rmario s de relés , qu e ha sid o en e l pe riod o históric o a nt e rio r más rec ient e la implementació n más usua l de un gra n númer o de inst a la c ione s indust ria le s , ya se a sobr e la bas e de un progra m a re gist ra d o m e dia nt e orde na dore s , autómata s programable s o sist e m a s ba sa do s en m ic roproc e sa dor .

El c onc e pt o de automatizació n llev a implícit a la supresió n tota l o parc ia l de la intervenció n hum a n a en la ejecució n de dive rsa s ta reas , indust ria les , agrícolas , domésticas , a dm inist ra t iva s o científicas . Se aplic a a automatizació n t a nt o a la s t a re a s más se nc il la s , t a le s com o la regulació n

de la t e m pe ra t ur a de un horn o o e l m a nd o se c ue nc ia l de un a máquin a herramienta , com o a la s más c om ple ja s , t a le s com o la direcció n mediant e ordenado r de un a unida d químic a o la gestió n automat izad a de un establec im ient o ba nc a rio .

A l confia r a órgano s tecnológico s t oda s o part e de la s func ione s inte lec tua le s qu e inte rviene n en la conducció n de un proceso , la automatizació n se sitú a en un nive l supe rio r a l de la mer a mecanización . En la ac tua lida d lo s proble m a s de automatizació n indust ria l y administ ra t iv a se confía n re spe c t iva m e nt e a lo s espec ia lista s en automátic a e informática , a lo s qu e se une n lo s espec ia lista s de l proces o po r automat izar , qu e const it uye n así un equip o pluridisc iplinar . La auto -matizació n de un proces o se sitú a en un marc o técnico-económic o de l qu e no const ituy e más qu e un o de su s aspec tos .

La automatizació n en e l contex t o históric o más rec iente , no solament e est a re lac ionad a co n e l proces o mismo , sin o tambié n co n la distribució n de

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lo s produc t o s fa br ic a do s o c o n la prestació n de se rvic ios . Form a pa rt e int e gra nt e d e la concepció n y d e la gestió n d e lo s gra nde s c om ple jo s indust r ia le s , a dm inist ra t ivo s y c om e rc ia le s . La automatizació n c onst i t uye , pa rt ic ula rm e nt e , un o d e lo s fa c t ore s d e a um e nt o d e la produc t iv ida d y de m e jor a de la c a l ida d .

Lo s pr inc ipa le s c om pone nt e s d e la automatizació n / s o n lo s 't ra nsduc t ore s y lo s c a pt a dore s d e información , lo s pre a c c iona dore s (relés , c ont a c t ore s e t c . ) y a c c iona dore s (m ot ore s , órgano s de spla za m ie nt o linea l e t c .) , así c om o lo s órgano s d e t ra t a m ie nt o d e la información , en pa rt icula r lo s orde na dore s y e n ge ne ra l lo s s is t e m a s ba sa do s e n e l m ic roproc e sa dor . Su na t ura le z a de pe nd e d e la de l s is t e m a c ont e m pla do , a ut om a t ism o se c ue nc ia l o se rvosist e m a .

En un númer o c re c ie nt e de inst a la c ione s indust r ia le s un orde na do r se e nc a rg a de cálculo s de ba la nc e s d e energí a o de m a t e r ia s , de la vigilanc i a de la s m a gnit ude s qu e pue de n l le ga r a a dquir i r va lore s pe ligrosos , de l c om port a m ie nt o se c ue nc ia l de l a rra nqu e y de la detención , de cálculo s sobr e la s m e dida s , e t c . El orde na do r pue de , a sim ism o , lleva r a cab o cálculo s de autoadaptació n y d e autooptimización ; la s c ondic ione s de func iona m ie nt o óptim o vie ne n im pue st a s a l proc e so , bie n indire c t a m e nt e po r int e rm e di o d e re gula dore s clásico s c ont rola do s po r e l ordenador , o bie n dire c t a m e nt e en e l c a s o de gobie rn o y c ont ro l dire c t o .

En lo s sist e m a s de c ont ro l je ra rquiza do , un orde na do r cent ra l de t e rm in a la s c onsigna s ge ne ra le s c om unic a da s a cont roladore s e spe c ia l iza do s qu e c ont rola n lo s dive rso s e le m e nt o s de la instalación . Seme jant e e st ruc t ur a de sc e nt ra l iza d a a prove c h a ple na m e nt e la s inmensa s posibil idade s brinda da s po r lo s m ic roproc e sa dore s . I nc lus o en e l camp o de la s fa bric a c ione s mecánicas , en e l qu e la mayorí a de lo s a ut om a t ism o s so n de t ip o se c ue nc ia l , e l orde na do r ha hech o su aparició n ba j o la form a de lo s cont roladore s numérico s de máquina s he rram ient a qu e pe rm ite n ordena r ía elección , e l cambi o y e l recorrid o de la s he rram ienta s m e rc e d a un program a regist rad o en la memori a de l ordenador .

1.3. Modelo estructural de un Sistema Automatizado

La est ruc tur a de un Sistem a Automat izad o pued e c lasifica rs e en do s parte s c la rament e dife renc iadas : po r un lad o lo qu e denominaremo s Parte Operativa, formad a po r un conjunt o de disposit ivos , máquina s o subprocesos , diseñado s par a la realizació n de determinada s func ione s de

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fabricación ; de form a específic a puede n t ra ta rs e de máquina s herramient a par a la realizació n de ope rac ione s de mecanizad o más o meno s sofis -t icada s o bie n de subproc e so s dedicado s a ta rea s ta le s com o destilación , fundició n etc . Por ot r o lad o t e ne m o s la Part e de Cont ro l o Mando , que' , independientement e de su implementació n tecnológic a electrónica , neumá -tica , hidráulic a e tc . , es e l disposit iv o enca rgad o de rea liza r la coordinació n de la s dist inta s ope ra c ione s e nc a m ina da s a mantene r a la Part e Opera t iv a bajo control. ^

El som e t im ie nt o de la Part e Ope ra t iv a se logr a mediant e el man -tenimient o c ont inu o de un int e rc a m bi o de informació n ent r e la primer a y la Part e de Cont ro l o m a ndo . Dich o int e rc a m bi o se establec e a travé s de lo s captadores binarios, transductores analógicos y digitales y los dispositivos de preaccionamiento. A part i r de lo s do s primero s se recog e informa-ció n de lo s va lore s de la s m a gnit ude s física s a cont rola r , así com o de su s cambio s de e st a do , e nvia nd o dic h a informació n a la Part e de Cont ro l par a su t ra t a m ie nt o . T ra s e l t ra t a m ie nt o de la informació n se en-vía n acc ione s de mand o a travé s de lo s pre a c c iona dore s . Lo s preac -c ionadore s so n disposit ivo s qu e pe rm it e n e l cont ro l de gra nde s potenc ia s mediant e la s señale s de pequeñ a pot e nc i a qu e so n em it ida s po r la Part e de Cont rol .

PARTE OPERATIVA PARTE DE CONTROL

pre a c c iona dore s Ordene s de Mando

PROCESO

(acc ionadores )

disposit iv o lógic o d e cont ro l

diálog o

Figura 1.2. Modelo estructural de un sistema automatizado

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En sum a , la automatizació n de un proc e s o indust r ia l , (máquina , c onjunt o o e quip o indust r ia l ) c onsist e e n la incorporació n a l m ism o de un c onjunt o de e le m e nt o s y disposit ivo s tecnológico s qu e a se gure n su cont ro l y bue n c om port a m ie nt o .

Uno de lo s obje t ivo s de se a ble s es qu e e l a ut om a t ism o se a c a pa z de re a c c iona r f re nt e a la s si t ua c ione s pre vist a s d e a nt e m a n o y tambié n que , fre nt e a im ponde ra ble s , t e ng a c om o obje t iv o si t ua r a l proc e s o y a lo s recurso s hum a no s qu e lo a sist e n e n la situació n más fa vora ble .

En e l pe riod o históric o más re c ie nt e lo s obje t ivo s d e la automatizació n ha n sid o e l proc ura r reducció n d e c ost e s d e fabricación , un a ca lida d c onst a nt e en lo s m e dio s de producció n y l ibe ra r a l se r hum a n o de la s t a re a s t e diosa s , pe l igrosa s o insa lubre s .

Sin e m ba rgo , de sd e lo s años 6 0 , de bid o a la a lt a c om pe t it ivida d e m pre sa ria l y a la internacionalizació n c re c ie nt e de lo s m e rc a dos , esto s obje t ivo s ha n sid o a m pl ia m e nt e inc re m e nt a dos .

Com o c onse c ue nc i a de un e nt orn o c om pe t i t ivo , c ua lquie r e m pre s a se ve som e t id a a la ne c e sida d de a c om e t e r gra nde s y rápido s proc e so s de cambi o en búsqued a d e s u adecuació n a la s de m a nda s d e mercado , neutralizació n de lo s a va nc e s d e s u c om pe t e nc i a o s im ple m e nt e com o maniobr a de c a m bi o de e st ra t e gi a a l ve rs e a c ort a d o e l c ic l o de vid a de a lgun o de su s produc t os .

Ell o oblig a a m a nt e ne r m e dio s de producció n a de c ua do s qu e posea n un a gra n f le x ibi l ida d y pue da n m odif ic a r oport una m e nt e la e st ra t e gi a de producción .

La aparició n de la microelectrónic a y e l c om put a do r ha t e nid o com o consecuenc i a e l qu e sea n posible s m a yore s nive le s de integració n ent r e e sistem a produc t iv o y lo s cent ro s de decisió n y polític a empresa ria l , pe rm it iend o qu e la producció n pued a se r c ont e m pla d a c om o un fluj o de materia l a travé s de l Sistem a Produc t iv o qu e inte racc ion a c o n t oda s las áreas de la empresa .

1 .3 .1 . Part e ope ra t iva : Sist e m a s de Fabricació n

En est a secció n discut imo s a lguno s concepto s asoc iado s co n la fabricación , es decir , co n la Part e Opera t iva . Esto s so n aplicable s a los sistema s de fabricació n discret a y cont inua .

12 UPV-CFP


La fabricación es un proces o de transformació n mediant e el cua l el materia l en bruto , el t raba jo , la energía , y el equipamient o se reúne n par a produci r mercadería s de a lt a ca lidad .

Obviamente , la s mercadería s produc ida s debe n tene r un va lo r económic o mayo r qu e e l de lo s c om pone nt e s ut ilizado s y debe n se r vendible s en un entorn o c om pe t it ivo . El proces o de transformació n genera lment e conllev a un a sucesió n de paso s llamado s operaciones de producción. Cada operació n de producció n es un proces o de cambi o de ent rada s en sa lida s mediant e la aportació n de un va lo r añadido .

Esparc ida s ent r e la s ope ra c ione s qu e añaden va lo r están la s qu e no añaden ningú n va lor , t a le s com o e l t ra nsport e , e l a lm a c e na m ie nt o e inspección . En genera l es ne c e sa ri o m inim iza r , s i no e lim inar , la s operac ione s qu e no añaden va lor .

1.3.1.1. Modelo de Entrada-Salida

Un sistem a de fabricació n pued e se r re pre se nt a d o po r e l modelo de entrada-salida most rad o en la Figur a 1.3. En éste , la s ent rada s están c ons -t ituida s po r ma te ria l , t ra ba jo , energía , y tecnología . El ma te ria l en brut o se conviert e en e l produc t o f ina l de c a l ida d . Son dive rsa s la s ope rac ione s de t raba j o desa rrollada s po r lo s de nom ina do s t ra ba ja dore s de cue llo-azu l y de cue llo-blanc o necesa ria s pa r a e l diseñ o de l produc t o , pa r a ope ra r sobr e el equipo , par a la ca rg a y de sc a rg a de la s piezas , la inspecció n etc . La tendenc i a rec ient e es a ut om a t iza r la mayorí a de esta s func ione s y e leva r el pape l de l ope rado r hum a n o a l de monit o r y supe rvisor .

Dec isione s Perturbac ione s

* t i +

Materia l ¿¿| Produc t o

de se c ho s 'Z^l 1 & tem c de Fabricació n j — • T

J " • ~ ^ | basur a Tecnologí a •

Figura 1.3. Sistema de Fabricación: Modelo de entradas y salidas.

UPV-CFP 13


La tecnologí a d e la fabricació n re pre se nt a la sofisticació n y f le x ibi l ida d de l e quipa m ie nt o , y e l obje t iv o d e la integració n de l f lu j o d e m a t e ria l y la informació n e n e l sist e m a . Un sist e m a d e fabricació n pue d e se r m a nua l o t ot a lm e nt e a ut om a t iza do , a l t a m e nt e de dic a d o o t ot a lm e nt e f le x ible , un c onjunt o de máquinas-herramient a a is la da s o un sist e m a de producció n t ot a lm e nt e int e gra do . Es e l nive l d e tecnologí a lo qu e de t e rm in a s i un sist em a es un sist e m a d e fabricació n e n se rie , un t a l le r d e t ra ba j o (Jo b Shop) , un sist e m a d e producció n po r lot e s , o un sist e m a t ot a lm e nt e f le x ibl e de fabricación . La tecnologí a tambié n de t e rm in a s i la s economía s so n de l t ip o de e sc a l a o de l t ip o d e a lc a nc e . La fabricació n e n se ri e d e un a e st re c h a ga m a de produc t o s c onduc e a economía s de e sc a l a m ie nt ra s qu e un ba j o volum e n de producció n d e un a va r ie da d a m pl i a de produc t o s se asoc i a a economía s de a lc a nc e .

El proces o de fabricació n produc e t re s re ndim ie nt os : la piez a comple ta , co n un a ca lida d de produc t o qu e de b e sa t isfa c e r la s espec if icac ione s de ingenierí a requeridas ; cha ta rr a y de spe rdic ios . La cha ta rr a es inevitabl e debid o a la s ope rac ione s de m e c a niza d o de l me ta l . El de spe rdic i o es de do s t ipos : e l prime r t ip o de despe rdic io s es re pre se nt a d o po r la s he rramienta s gastadas , e l produc t o rechazad o dura nt e la inspección , e t c . ; y e l segund o t ip o de desperdic i o es ge ne ra d o po r e l us o de lo s recurso s de l sistem a en operac ione s qu e no a gre ga n va lor . Por supue st o , c ha t a rra s y desperdic io s so n sa lida s de l mode l o indeseable s y qu e de be n m inim iza rse .

Hay do s aportac ione s más al sist em a de fabricació n qu e so n importante s par a su func ionam iento . El primer o es e l conjunt o de dec isione s qu e se rea liza n en lo s dive rso s nive le s de la jerarquí a (de la rg o a lcance , medi o a lcance , y cort o a lcance ) co n respec t o a produc to s fabricados , equipo s comprados , esquema s y disposic ione s de planta , secuenciació n y programació n de piezas , carg a de piezas , e tc . Esta s dec isione s so n mu y importante s y la met a princ ipa l de l planteamient o es presenta r herramienta s actuale s par a evalua r po r medio s analítico s la s diversa s dec isiones . El segund o t ip o de ent rada s so n la s perturbac iones ; en éstas se inc luye n la s accione s de lo s gobiernos , fluc tuac ione s de mercado , la compet it ividad , la s averías de l equipamient o y lo s problema s labora les .

1.3.1.2. Las decisiones en el mundo de la fabricación

La tom a de decisione s en un ambient e de fabricació n pued e se r mu y complej a a caus a de la s alternat iva s disponible s y la na tura lez a seri a e inciert a de l resultad o de la s dec isiones . Hay t re s nivele s de decisió n en un sistem a de fabricación : estratégico , táctico , y operacional . Las decisione s

14 UPV-CFP

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estratégica s so n a larg o plaz o (típicament e años) y de terminada s po r la compet it ivida d y supervivenc i a de la firma . En éstas se inc luye n la introducció n de nuev a tecnología , mezc la s y cambio s de pieza s (dest inand o un nuev o t ip o de piez a par a la producción) , la expansió n y modificació n de sistem a (agregand o un nuev o cent r o de máquina s o cambiand o e l esquem a de l sistem a de manipulació n de materia l) , e tc . La s de segund o nive l , o la s decisione s tácticas , t iene n un horizont e de semanas/días . En esta s se incluye n la divisió n de l obje t iv o tota l de producció n en lotes , toma r en cuent a la disponibilida d de lo s mate ria le s en bruto , he rramientas , y fecha s venc idas . Aquí la s cuest ione s qu e se plantea n son : (i) cuánto s lote s y (ii ) cuánta s pieza s en cad a lote . El obje t iv o es aumenta r al máxim o la utilizació n de la s máquinas , al t iemp o qu e se obt ien e un ba lanc e de la carg a de t raba j o sobr e el sistema , par a qu e toda s la s máquina s te rm ine n su t raba j o par a cad a lot e cas i simultáneamente . El nive l ope rac iona l o te rce r nive l de la s dec isione s se ocup a de l cont ro l cot idian o de la s ope rac ione s de fabricación . En éstas se incluyen :

(i) Qué t ip o de pieza s int roduc i r en e l sist em a (ii ) Cuánta s pieza s de be n coex ist i r en e l sist em a simultáneament e

(iii ) Qué piez a deberí a c a rga rs e en la máquin a a continuació n (iv ) Cuánta s he rra m ie nt a s de cad a t ip o

(v) Cómo reacc iona r a la rotur a de la he rram ient a (vi ) Reprogramació n en e l c a s o de fa llo s de la s máquina s o de l

sistem a de mane j o de m a t e ria l .

La gestió n e fec t iv a de la fabricació n conllev a la direcció n simultáne a de lo s t re s nive le s de decisión . Lo s fa llo s en su realizació n reducirá n la eficaci a de gestión , c onduc ie nd o a costo s más a lto s y reduc iend o la compet it ividad .

El propósit o de finit iv o de la fabricació n es cent ra r lo s recurso s de la organización , capac idades , y energía s hac i a la consecució n de ventaja s sostenida s sobr e su s compe t idores . Ta l venta j a pued e derivars e de costo s inferiores , de un a mayo r ca lida d de produc to , de producto s más innovadores , o de un servic i o superior .

1-3.2. T ipo s de Planta s de Producció n

ieóe 5 V L a f a b r i c a c i ó n es un términ o mu y ampli o e incluy e mucho s t ipo s de P \ * & 5 V P r o d u c t o s y operacione s de producció n c larament e diferentes . Pued e supo -

* * * * J" » d e C Jet'5'

uas u p v - c f p 15

Rohótica y Automática

ne r m uc ha s form a s tecnológica s y orgánicas . Sin e m ba rgo , es posibl e re c onoc e r funda m e nt a lm e nt e la s c ua t r o c onf igura c ione s siguie nt e s t eniend o e n c ue nt a e l númer o de produc t o s y vo lum e n :

• Proc e so s de f lu j o c ont inuo ,

• J o b Shop s

• Producció n po r lot e s , y

• Línea s de dic a da s de producción .

1.3.2.1. Procesos de flujo continuo

En éstos se de sa rroll a un a producció n de dic a d a c ont inu a de grande s cant idade s de produc t o . Aqu í lo s t ipo s de produc t o so n poco s y lo s volúmene s so n a lt os . El proc e s o de fabricació n m a nt ie n e un fluj o cont inu o de ma te ria le s en brut o m e dia nt e un a se ri e de ope ra c ione s secuenc ia les . Esta s ope rac ione s t ra nsform a n lo s m a t e ria le s en brut o en un produc t o fina l . Ent r e lo s e jemplo s típico s de lo s proc e so s de fluj o c ont inu o se inc luye n planta s químicas , refinería s de petróleo , plástico , pla nc ha s y acero , e indust ria s tex t iles .

M ient ra s qu e la cont inuida d c om ple t a es ra ra , sue l e se r más frecuent e un sistem a de t ip o pipe lin e dond e c a d a secció n de la plant a proces a un a c ie rt a cant ida d de mate ria le s y la pas a a la próxim a sección . Para aumenta r a l máxim o el rendimient o tota l se ut iliza n técnica s de cont ro l rea limentad o de secció n o de planta . La disponibilida d de sensore s inte ligentes , de tecnologí a basad a en el computado r re la t ivament e bara ta , y un cont ro l po r computado r sofist icad o ha tenid o com o consecuenc i a fábrica s tota lment e automat izada s qu e func iona n virtua lment e si n intervenció n humana .

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16

Figura 1.4. Proceso flujo continuo

UPV-CFP


1.3.2.2. Job Shop

El t raba j o en lo s J o b Sho p vien e ca rac te rizad o po r uno s volúmene s de producció n ba jo s a medio s y un a ampli a ga m a de produc tos . Es mu y común en indust ria s mecánica s de ingeniería . Est e t ip o de fabricació n se usa genera lment e pa r a pedido s específico s de c lient e en e l qu e ex ist e un a gra n varieda d de t ra ba j o a rea liza r en la planta . Por lo t anto , e l equip o de producció n de b e se r de propósit o ge ne ra l y fle x ibl e pa r a hace r posibl e est a varieda d de t ra ba jo , y lo s t ra ba ja dore s de be n se r de gra n capacitació n para desempeña r la ga m a de c om e t ido s de t ra ba jo . Lo s e je m plo s típico s de fabricació n qu e se inc luye n so n lo s vehículo s e spa c ia le s , ae ronaves , proyect iles , máquina s he rra m ie nt a , y prot ot ipo s de fut uro s produc t os .

Los Jo b Shop s ge ne ra lm e nt e so n poc o e fic iente s y t iene n grande s tiempo s de preparación , gra nde s inventa rio s de t raba j o en curso , y costo s altos . Las razone s qu e lo provoca n son :

• Una orde n pa r a un c om pone nt e o subm ont a j e comúnment e involuc r a ope ra c ione s e n va ria s máquinas-herramient a dife rente s y c o n m ovim ie nt o s de un a sol a pieza . El m ovim ie nt o de mate ria l ge ne ra lm e nt e e s re a l iza d o po r t ra ba ja dore s de cue ll o azu l qu e t ie ne n e n c onse c ue nc i a c ost o s a lt o s y gra nde s de m ora s .

• El e quip o y he rra m ie nt a s en un J o b Sho p so n de propósit o gene ra l y pue d e e st a ble c e rs e pa r a c a s i c ua lquie r pieza , per o e l t ie m p o pa r a la estructuració n d e un t ra ba j o pa rt ic ula r sobr e un a máquin a he rra m ie nt a d e propósit o ge ne ra l pue d e re que ri r hora s o inc lus o

¿ días. " ^ ; " ¿S*

• Esto s produc t o s t ie ne n uno s de sa rrol lo s y t ie m po s de producció n mu y gra nde s , a c a us a d e la fue rt e c om pone nt e de t raba j o de ingeniería , t ie m p o d e diseñ o y gra nde s t ie m po s de preparació n pa r a la adquisició n d e m a t e r ia le s y c om pone nt e s espec ia les . Tambié n t ie ne n un c ost o a lt o a c a us a de l gra n contenid o de diseñ o e ingenierí a po r pe dido , qu e es la fue rz a de t raba j o más c ua l i f ic a d a y m e jo r pa ga da , y c onsiguie nt e m e nt e de meno r curv a de a pre ndiza j e d e produc t iv ida d .

í*3.2.3. La producción por lotes

En est a categorí a s e pla nt e a la fabricació n de lote s de tamaño medi o d e l mism o artícul o o produc t o . Lo s lote s sue le n se r produc ido s un a sol a v e z o debe n produc irs e a int e rva lo s re gula re s . Lo s tamaño s de lote s y la

U P V - C F P 17

fre c ue nc i a de producció n de un artícul o únic o se f i ja n c o n la s política s de c ont ro l de inventa ri o a dopt a da s en m a rk e t ing .

Aqu í nue va m e nt e e l e quip o de fabricació n es de propósit o ge ne ra l , pe r o diseñad o pa r a prom e dio s de producció n más a lt os . La s planta s de producció n po r lote s inc luye n lo s t a l le re s d e m e c a niza do , fundic ione s , fábrica s de m olde a d o plástico , y t a l le re s de t ra ba jo s de pre nsa . Ent r e lo s artículo s rea lizado s en t a l le re s de fabricació n po r lot e s se e nc ue nt ra n muebles , l ibros , y a pa ra t o s domésticos . Se ha e st im a d o qu e c om o much o el 7 5 % de t od a la fabricació n po r lot e s está he c h a en tamaño s de lot e de 50 pieza s o m e nos . En la a c t ua l ida d la fabricació n po r lot e s y la producció n Jo b Sho p const it uy e un a pa rt e im port a nt e de la a c t iv ida d t ot a l de fabricación .

1.3.2.4. Líneas Dedicadas de alto volumen de producción

Est a es un a fabricació n e spe c ia l iza d a c ont inu a de produc t o s idénticos . La s líneas de producció n de a lt o volum e n so n c a ra c t e riza da s po r un a tas a de producció n mu y a lt a y de est rech o a lc a nc e . El equip o se dedic a a la fabricació n de un t ip o de produc t o únic o ta l c om o automóvil , bombillas , aparatos , etc . La plant a ente r a se diseñ a y ope r a pa r a la fabricació n de un t ip o únic o de produc to .

•

Variedad de Producto Producción

Job Shop

Producción por Lotes

Producción en masa Procesos

de flujo continuo

Volumen de Producción

Figura 1.5. Cuatro tipos de configuraciones de planta

Para lo s sistema s e inst a la c ione s e spe c ia l iza da s de m onoproduc t o se requie r e un a inversió n fi j a mu y a lt a , t a le s c om o línea s f i ja s de t ra nsport e , t ransport adore s dedicados , a lm a c e ne s , e tc . Ca d a pie z a de l e quip o se pe rfecc ion a desd e el punt o de vist a de l c ost o y e l t ie m p o pa r a la operació n qu e desempeñ a y e l movim ient o de l ma te ria l se a ut om a t iz a

18 U PV -CFP

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Lo s cua t r o t ipo s de la s configurac ione s de plant a puede n se r dist inguida s po r la va rie da d de l produc t o y e l volume n de la producció n - • - muest r a en la Fig.1 .5 . Hay a lguno s solapamiento s en clasificación , c om o indic a la f igura . Est a se la

1.3.3. T ipo s d e d i spos i c i one s en pla nt a

El c onc e pt o de disposició n de plant a vien e re ferid o a l t ip o de reordenamient o de lo s disposit ivo s físico s e insta lac ione s de producció n en planta . Proba ble m e nt e la me jo r disposició n en plant a par a un sistem a de producció n e n m a s a o d e f luj o c ont inu o no se a adecuad a par a un sistem a t ip o Jo b Shop . Básicament e e x ist e n c ua t r o t ipo s de disposic ione s en plant a asoc iado s c o n lo s s ist e m a s t ra dic iona le s de producción . Esto s son :

Disposició n de Posició n Fij a

Disposició n d e Proc e s o

Disposició n de f lu j o de produc t o

Disposició n po r tecnologí a de grup o

1.3.3.1. Disposición de posición fija

En e st a disposició n (Fig . 1 .6a), e l c onc e pt o de "posició n fija " , vien e re ferid o a l produc t o . A c a us a de su pe s o y tamaño , e l produc t o permanec e en un sit i o c onc re t o y e l e quipa m ie nt o pa r a su fabricació n se llev a a ese punto . Eje m plo s d e e st e t ip o de disposició n so n la construcció n de buque s y la indust ri a a e rona va l , a e rospa c ia l e t c .

Ot r a disposició n sim ila r a la a nt e rio r es la de disposició n de proyecto . Est a se ut iliz a e n la construcció n de e dif ic ios , puente s y pantanos . A l igu a qu e e l t ip o de disposició n f i ja , e l t ip o de produc t o es mu y grand e y e equipamient o de b e se r de spla za d o hast a e l punt o dond e se ubic a éste. Sin embargo , a l c ont ra ri o qu e e l de disposició n fi ja , cuand o e l proyect o finaliz a el equipam ient o tambié n es re t ira d o de dic h o punto .

1.3.3.2. Disposición de proceso

ordena n en En est a configuració n (Fig . 1.6b),

grupo s de acue rd o co n e l t ip o genera l de proces o manufacturación . En ésta , lo s t orno s están en un — ( r . máquina s t a la dra dora s están en ot ro , e l molde o po r inyecció n de plástico s

as máquina s de producció n se e l t ip o genera l de proces o de

departamento , la s - i - , , , U g l a i a u i a u u i a a e t > i d i i e i i u u u , e i m u i u c u " w w • . . .

en otr o dife rente , e tc . La venta j a de est a disposició n radic a en la fle x ibi -

U P V-C F P 1 9


l idad . Dife rente s piezas , c o n ne c e sida de s d e m e c a niza d o d ist in t a s , pue de n se r e nc a m ina da s a lo s di fe re nt e s de pa r t a m e nt o s d e m a ne r a a propia d a mediant e c a rre t i l la s e le va dora s o m a nua le s . Est a disposició n e s típic a d e lo s Ta lle re s de T ra ba j o (J o b Shops ) y d e la fabricació n po r lot e s .

1.3.3.3. Disposición de flujo de producto

Est a disposició n (Fig . 1 .6c ) e s c onve n ie nt e pa r a la fabricació n espec ia lizad a de un m onoproduc t o , o d e gra nde s volúmene s d e un únic o produc to . En e st e t ip o de fabricació n c onv ie n e orga niza r la reordenació n de la s inst a la c ione s lo más e f ic ie nt e m e nt e posible . Pa r a produc t o s de e nsa m bla j e c om ple j o o artículo s c o n un a la rg a se c ue nc i a d e pequeña s ope ra c ione s , ésta es la disposició n más c onve nie nt e . En e st e t ip o de disposición , la s inst a la c ione s de proc e sa m ie nt o y m ont a j e s e sitúa n a lo la rg o de la línea de f luj o de l produc t o . El t ra ba j o e n c urs o se t ra sla d a mediant e c inta s t ra nsport a dora s o m e dio s s im i la re s de sd e un a estació n de t raba j o a la ot ra . En e st e t ip o de disposición , la ordenació n d e la s insta lac ione s es re la t iva m e nt e inf le x ibl e y únicament e s e m odi f ic a c ua nd o la s cant idade s a produc i r just i f ic a n la s inve rs ione s de d ic a da s .

Estac ione s de t raba j o

• Materia s pnma s

• • Product o acabad o •

C)

Figura 1.6. Tipos de disposición en planta

20 UPV-CFP


1.3.3.4. Disposición por tecnología de grupo

Est e intent a combina r la e ficac i a de la disposició n de fluj o co n la flex ibilida d de la disposició n de proceso . En est a filosofí a se t rat a de ident ifica r y agrupa r familia s de pieza s co n de te rminad a similitu d e n la fabricació n y e l diseño . En un a plant a capa z d e produc i r 1 0 .0 0 0 pieza s diferentes , pued e se r posibl e agruparla s en grupo s de 50 familia s co n las similitude s ante riorment e re fe ridas , de ta l form a qu e el procesamient o de cad a miembr o de un a mism a famili a pued e se r similar , resultand o una mayo r e ficac i a en la fabricación . Est a e ficac i a pued e obteners e mediant e la organizació n de l e quipa m ie nt o en grupo s de máquina s o célula s qu e fac ilite n e l fluj o de t raba jo . En e l diseñ o de l produc t o ex iste n tambié n venta ja s en la clasificació n y en la codificació n de la s piezas .

1.4. Parte de Control

La Parte de Control o Mando es e l disposit iv o enca rgad o de realiza r el cont ro l c oordina do r de la s dist int a s ope rac ione s encaminada s a mantene r a la Part e Ope ra t iv a ba j o un de t e rm ina d o func ionamient o prees -tablec id o de a nt e m a n o en la s e spe c if ic a c ione s de diseño .

Con un m a yo r gra d o de e spe c if ic ida d , la s func ione s más comune s de la Part e de Cont ro l son :

• Gestión de las entradas/salidas.

• Tratamiento de ecuaciones lógicas.

• Tratamiento de funciones de seguridad.

• Tratamiento secuencial.

• Funciones de regulación.

• Funciones de cálculo para la optimización.

• Gestión de herramientas.

• Control de calidad.

• Gestión de mantenimiento.

• Operaciones de Supervisión: monitorización y diagnóstico de

• Seguimiento dé la producción.

UPV-CFP 21


1.4.1. Clasificació n tecnológic a

El de sa rrol l o de lo s c ont rola dore s , su c om ple j ida d y e ficac ia , ha id o a soc ia d o a l de sa rrol l o tecnológic o e x pe rim e nt a d o a lo la rg o de lo s t iempos . Básicament e se pue d e e st a ble c e r la clasificació n m ost ra d a en e l cuadr o siguie nt e , pa rt ie nd o de do s c onc e pt o s princ ipa le s : lógic a c a ble a d a y lógic a progra m a da .

CLASIFICACIÓN TECNOLÓGICA

LÓGICA CABLEAD A

Hidráulic a

Figura 1.7. Clasificación tecnológica

1.4.1.1. Lógica cableada

Su denominació n vien e dad a po r el t ip o de e lemento s qu e interviene n en su implementación . En el cas o de la tecnologí a eléctrica , la s unione s física s se rea liza n mediant e cable s eléctricos , relés electromagnéticos , inte rruptores , pulsadore s etc . En lo qu e respec t a a la tecnologí a e lec -trónica , la s puerta s lógica s so n lo s e lemento s fundamenta le s mediant e los cua le s se rea liza n lo s cont roladores .

En el cas o de la tecnologí a fluídica , su implementació n vien e siend o e fec tuad a po r tubería s de acero , cobre , pv c ,etc . junt o co n e lemento s tale s com o válvulas , dist ribuidores , presostatos , manorreductore s etc .

22 UPV-CFP

\ Introducción a los Automatismos

. rt ' C^Ci^ La tecnologí a neumátic a ha sido , y es aún fre c ue nt e m e nt e ut ilizada , ri fo$«\ en lo s a ut om a t ism o s indust ria les , a unqu e va que da nd o re legad a a lo s

e n J % acc ionamiento s de c ie rt a potenc i a co n a lgorit m o s de cont ro l re la t ivament e a b l e a c j %. simple s y tambié n par a a plic a c ione s de carácte r espec ia l (par a ambiente s

a^óg, ; explosivos) , ya qu e fre nt e a la lógic a progra m a d a present a lo s siguiente s inconvenientes :

• Imposibil ida d de realizació n de func ione s comple ja s de c ont rol .

• Gra n volum e n y peso .

• Escas a f le x ibi l ida d fre nt e a m odif ic a c ione s .

• Re pa ra c ione s c ost osa s .

pesador

No obst a nt e , mu y a m e nudo , se sue le n a rt icula r soluc ione s mediant e implementac ione s m ix t a s a prove c ha nd o la s me jore s característica s de amba s tecnologías , la neumátic a y la de la lógic a progra m a d a mediant e autómata s progra m a ble s indust ria le s c one c t a do s mediant e disposit ivo s de interfaz .

1.4.1.2. Lógica programada

Se t ra t a de un a tecnologí a de sa rrol la d a a part i r de la aparició n de l mic roprocesador , y de lo s sist e m a s progra m a ble s basado s en éste, computador , c ont rola dore s lógico s y autómata s programables . Constantemente , de bid o a lo s a lt o s nive le s de integració n a lcanzado s en la microelectrónica , e l um bra l de re nt a bil ida d de est a tecnologí a decrec e y frent e a la lógic a c a ble a d a presenta :

s wed

e t c -

n v i

• Gra n f le x ibi l ida d ,

• Posibilida d de cálcul o científic o e

• Implementació n de a lgoritmo s comple jo s de cont ro l de procesos ,

• Arquit ec tura s de cont ro l dist ribuido ,

• Comunicac ione s y gestión .

Com o inconveniente s a cort o y medi o plazo , present a la necesida d de formació n en la s empresa s de persona l adecuad o par a su programació n y asistencia , al t ra ta rs e de ve rdadera s herramienta s informáticas , tambié n su relat iv a vulnerabilida d frent e a la s agresiva s condic ione s de l medi o indus -

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t r ia ! , s i bie n , c o n e l t ra nsc urs o de l t ie m po , e l nive l de f ia bi l ida d y d isponi -bi l ida d de e st o s s ist e m a s se ha m e jora d o not a b le m e nt e .

1.5. Niveles de automatización

El grad o de automatizació n d e un proc e s o v ie n e de t e rm ina d o funda -m e nt a lm e nt e po r fa c t ore s d e t ip o económic o y tecnológico , po r e ll o pode m o s e nc ont ra r un a ga m a m u y a m pl i a y va r ia da , de pe ndie nd o de lo s obje t ivo s a a lc a nza r .

1 .5 .1 . N ive l e le m e nt a l

Se c orre spond e c o n e l a signa d o a un a máquin a se nc i l l a o pa rt e de un a máquina , asignándol e t a re a s d e v ig i la nc i a de t ie m po s m ue rt os , posic ionamient o de pie za s y func ione s d e Se gur ida d .

En el nive l e le m e nt a l , se dist ingue n t re s gra do s de automatización :

V igilanc ia .

Guía ope rado r

Mando .

Figura 1.8. Nivel de automatización elemental, bucle abierto

24 U PV -CFP


El mod o operació n de Vigilancia se realiz a en bucl e abiert o y consist e en la tom a po r part e de l disposit iv o automátic o de medida s a un a seri e de variables , procesand o dich a informació n y emit iend o parte s diario s de

e H e cj servici o y ba lances .

V t e n , % ¡ j 9 c j Cr>0|(w H El mod o operació n Guía operador consist e en un a variant e de la ^ p e

y' c°, K anterio r de un mayo r grad o de elaboración , co n la inclusió n de tarea s de ^ asistenci a mediant e propuesta s al operador , según crite rio s pre fijados . Se

1 suel e re a l iza re n buc l e abie rto.(Fi g 1.8 .).

El mod o operació n de mand o consist e en la tom a de información , procesamiento , t om a de dec isione s y ejecució n sobr e el proces o de acc ione s de c ont rol . Se correspond e co n un a est ruc tur a clásic a de bucl e

n a s e r ic i || a cerrad o (F ig . 1.9. dond e la intervenció n human a qued a exc luid a salv o par a * Cíe tiemp 0s°f¿ las ta rea s de supervisión .

5 d e automafeac, t

Figura 1.9. Nivel de automatización elemental, bucle cerrado

1.5.2. N ive l in t e rm e di o j 9

Se correspond e co n la explotació n de un conjunt o de maquina s e lementa le s o bie n un a máquin a c om ple ja . Est e ha sid o el domini o clásic o de la automatizació n indust ria l .

1.5.3. Te rce r nive l

Se ca rac te riza n po r se r de un proces o comple to , e inte rviene n además de l cont ro l e lementa l de l proceso , ot ro s aspec to s ta le s com o Supervisión ,

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Rebotica y Automática

Optimización , Gestió n de M a nt e nim ie nt o , Cont ro l de Ca l ida d , Se guim ie nt o de la Producción . Pa ra la consecució n de e st o s obje t ivos , se ha id o e voluc iona nd o de sd e dist int a s e st ruc t ura s de automatizació n y c ont rol . V e a m o s se guida m e nt e a lguna s de e st a s e st ruc t ura s .

1.5.3.1. Control centralizado

El sist e m a está c onst i t u id o po r un c om put a dor , un int e rfa z de proc e s o y un a estació n de ope ra dor . Est a e st ruc t ur a s e ha a pl ic a d o t a nt o a proc e so s de va ria bl e c ont inu a c om o a proc e so s de carácte r se c ue nc ia l , a u n más, e st a a rqui t e c t ur a ha pe rm it id o re a l iza r a pl ic a c ione s indust ria le s c o n va ria ble s de t ip o c ont inu o y se c ue nc ia l de fo rm a c om bina da .

La s ve nt a ja s y de sve nt a ja s d e e st a a rqui t e c t ur a s e de riva n pre c isa m e nt e de su s característica s e st ruc t ura le s . Por un a pa rt e su s ve nt a ja s se c e nt ra n en qu e s u a rqui t e c t ur a fa c i l i t a e l f lu j o de informació n y se hac e posibl e qu e lo s obje t ivo s de optimizació n globa l de l proc e s o pue da n se r a lc a nza dos . Por ot r a pa rt e , su s de sve nt a ja s se c e nt ra n en qu e la f ia bi l ida d de un sist e m a c e nt ra l iza d o de pe nd e de la f ia bi l ida d de l c om put a dor , de form a qu e s i e l c om put a do r fa l la , t od o e l s is t e m a que d a si n c ont rol .

Maten a pr l rn a

A A

Contro l Centra lizad o

N

'A.

D

Rezas mecanizada ?

Figura 1.10. Control centralizado

1.5.3.2. Control multicapa

Se pued e establece r un c ie rt o comprom is o ent r e la s venta ja s y desventa ja s de la a rquitec tur a comple tament e cent ra lizada , conformand o un a va rieda d de cont ro l je ra rquizad o de do s nive les .

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El nive l más ba j o se const it uy e mediant e cont roladore s loca le s par a el contro l de lazo s específico s o subproc e so s de l sist ema . Éstos se ocupa n de atende r a la s t a re a s de cont ro l co n rest ric c ione s t e m pora le s de carácte r crítico . El nive l supe rio r está c onst it uid o po r un computado r cent ra l qu e supervis a y e st a ble c e órdene s de c onsign a a lo s cont roladore s loca les . Además , a t ie nd e a la s t a re a s de optimizació n de la rg o a lcance , de procesamient o de informació n globa l y monitorizació n de l sist ema . En cas o de qu e el c om put a do r c e nt ra l fa l le , e l c ont ro l de la s va riable s de l proces o qued a ga ra nt iza do .

Mate ri a prim a

L J

m. Dispceitiv o d e contro l

Cont ro l d e Supervisió n

i Dispositiv o d e contro l

i . Dispositiv o d e contro l

i

1 —

V

Dispceitiv o cfc contro l

n rieza s m e c a niza da s

Figura 1.11. Control multicapa

1.5.3.3. Con tro! je rá rquico

Est a e st ruc t ur a a pa re c e c om o c onse c ue nc i a de l desarroll o de l concept o de c ont ro l m ul t ic a p a y de la ampliació n de la s t a re a s de cont ro l a los c onc e pt o s d e planificació n y gestió n e m pre sa ria l y la correspondient e asignació n a nive le s supe r iore s en la jerarquí a de c ont rol .

1.5.3.4. Control distribuido

A dife re nc i a de la e st ruc t ur a de c ont ro l jerárquico , dond e diferente s tarea s están a signa da s a dife re nt e s nive les , en e l cont ro l dist ribuid o se asume n ot ra s c onside ra c ione s qu e son :

• Ex istenc i a de va ria s unida de s de c ont ro l y fabricació n qu e lleva n a cab o la s m ism a s t a re a s .

• En c a s o qu e oc urr a un a avería o un a sobreca rg a de t raba jo , será posibl e t ra nsfe ri r t od o o pa rt e de la s t a rea s a ot ra s unidades .

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Robotica y Automática

Est a e st ruc t ur a int roduc e ve nt a ja s e inc onve nie nt e s . Por un a part e la ide a de pode r hace r by-pa s s a la s unida de s c o n proble m a s pe rm it e evita r lo s bloque o s inne c e sa rio s de l sist e m a , pe r o po r ot r a pa rt e ex ig e qu e la s dife re nt e s isla s de producció n pue da n t e ne r un a asignació n dinámic a de la s t a re a s y po r lo t a nt o se le s v a a ex igi r gra n c a pa c ida d de acces o a la comunicació n y de t ra t a m ie nt o de la información . Además , es necesa ri a la ex istenc i a de a lgori t m o s int e l ige nt e s de detecció n de fa llo s y diagnosis .

Am ba s filosofía s pose e n característica s mu y int e re sa nt e s y es po r e ll o qu e en lo s sist e m a s a ut om a t iza do s de producció n a c t ua le s ex ist e t e nde nc i a a mezc la r característica s de l c ont ro l dist r ibuid o en est ruc tura s de t ip o jerárquico , re sult a nd o soluc ione s de t ip o m ix t o .

En sum a , la na t ura le z a dist r ibuid a c ont r ibuy e a inc rementa r la fiabil ida d de l sist e m a , a l igua l qu e s u m a nt e nim ie nt o , ya qu e lo s cambio s loca le s de l proc e s o o de su s inst a la c ione s sola m e nt e provoc a n e fec to s loca le s a l sist e m a de c ont rol . Por ot r a pa rt e , e l proc e s o cent ra lizad o de da to s pe rm it e un a optimizació n y supervisió n globa l .

Lo s interíace s hombre-máquin a ba sa do s en c om put a dor , c rea n e entorn o apropiad o pa r a la comunicació n inte ligent e ent r e el sist em a de cont ro l y lo s ope ra dore s hum a nos .

No obstante , est a e st ruc t ura , pes e a su s ve nt a ja s , no está exent a de a lguno s inconvenientes . Éstos son : un a disminució n de la ve loc ida d de comunicació n debid o a lo s re ta rdos , posible s de sborda m ie nt o s en el procesamient o de da to s en c a d a nive l y fa lt a de fluj o de informació n direc t a ent r e cont roladores .

M a t e r i a p r i m a Depce-'tw o d e \

c e n t r o i *

-•

Cont ro l d e Supervisió n

A I I

Otepcsíttv o / d e unidade s d e cont ro l \ dbíribuid o

DfepaertV o de contro l

Disoosit iv o d e ¡ i

contro l

Sistem a Flex ibl e d e Fa b r i c a da s

CtopC&ifW O d e I control f

Piezas ' m e c a n iza da s

Figura 1.12. Control distribuido

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1 5.4. Cua r t o n ive l

Se correspond e co n e l concept o de Fabricació n Integrad a po r Computador , CIM (Compute r Integra te d Manufac turing) , dond e se contempl a la inclusió n de form a integrad a a la Producción , concepto s ta le s com o la Gestió n Empresa ria l , Planificación , Programació n etc .

A est e respec t o la implantació n de un a est ra tegi a produc t iv a tota lment e integrad a no es un a t a re a senc ill a ni pued e se r abordad a a cort o plazo . La planificació n de un a est ra tegi a CIM, está siend o e l obje t iv o de mult itu d de artículos , c onfe re nc ia s y t e m a de numerosa s invest igac io -nes .

El estudi o de un a se ri e d e pa so s básico s a m plia m e nt e aceptado s pued e re sponde r a la cuestió n de cóm o e m pe za r cuand o se abord a ta re a de ta l m a gnit ud .

Un a x iom a básic o de a m pli a aceptació n es e l siguiente : •

"El CIM ha de planificarse "top down" ("de arriba a abajo"), pero debe implantarse "bottom-up" ("de abajo hacia arriba").

Est a e st ra t e gi a s e c onc re t a e n un a metodologí a e la bora d a a l respec t o qu e rec ib e e l nom br e d e Metodologí a CI M de Boo z Alie n & Hamilton . Est a metodologí a a plic a un a e st ra t e gi a progre siv a de automatización , avanzan -do según un a se ri e d e e t a pa s :

Células : Ra c iona l iza r la pla nt a .

I sla s d e automatización : Apl ic a r automatizació n y sistema s de c ont ro l a la s células .

Integració n d e isla s e n FMS (Flex ibl e Manufac turin g System) .

Integració n de planta : Coordinació n d e FMS, implantació n de AM H (Aut om a t e d M a t e ria l s H a ndling) .

Unión de l CAD/CA M y la planta .

Integració n de lo s M PCS.(M a nufa c t urin g Plannin g & Cont ro l Systems) .

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1.6. Concepto CIM: La Automatización Integrada por Computador

Est e concept o es la bas e de la Automatizació n Integrad a - CIM (Com -pute r Integrate d Manufac turing ) qu e t ien e com o obje t ivos :

• Reduci r lo s nive le s de stoc k y aumenta r su rotación . • Disminui r lo s coste s direc tos . • Cont ro l de lo s nive le s de stoc k en t iemp o rea l . • Reduci r lo s coste s de ma te ria l . • Aumenta r la disponibilida d de la s máquina s mediant e la reducció n

de lo s t iempo s de preparació n y puest a a punto . • Incrementa r la produc t ividad . • Mejora r el cont ro l de ca lidad . • Permit i r la rápid a introducció n de nuevo s produc tos . • Mejora r el nive l de servic io .

Est e concept o respond e a un a est ruc tur a piramida l je ra rquizada , pro -duciéndos e en la cúspid e la s dec isione s de polític a empresa ria l . En el otr o extremo , en la base , lo qu e se pre tend e es qu e la s denominada s isla s de automatización , mediant e lo s autómata s programables , máquina s de con -tro l numérico , robot s e tc . , se integre n en un sistem a de cont ro l je ra rquizad o y dist ribuid o qu e permit a la conversió n de dec isione s de polític a empresa -ria l en operacione s de cont ro l de baj o nive l .

Figura 1.13. Estructura piramidal del modelo

En est e model o de la Nat iona l Burea u of Standard s (NBS) encon -t ramo s lo s siguiente s nivele s de control/gestió n de la información :

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1.6.1. N ive l O

Comprend e e l conjunt o de disposit ivos , subprocesos , maquinari a en general , co n qu e se rea liza n la s ope rac ione s e lementa le s de producció n en la empresa . En est e nive l tambié n están situado s lo s disposit ivo s captadore s de señale s analógica s y/o digit a les , captadores , sensores , t ransductores , e t c . , así com o e l conjunt o de disposit ivo s qu e actúa n com o ¡nterfa z ent r e la pa rt e de cont ro l y la ope ra t iva , t ransmit iend o la s señale s de mand o o cont ro l a lo s pre /a c c iona dore s , relés , acc ionadore s de potencia , va riadore s de ve loc ida d e tc . Es la informació n de meno r rang o en la pirámid e CIM.

1.6.2. N ive l 1

En est e nive l se e nc ue nt ra n lo s Disposit ivo s Lógico s de Cont rol , cuy a implementació n c onc re t a se ha ve nid o rea lizand o en la ac tua lida d mediant e lo s Autómata s Progra m a ble s I ndust ria le s (API ) , ta rje ta s basada s en m ic roprocesador , m ic roc ont rola dor , y orde na dore s espec ia le s par a el cont ro l indust ria l . En sum a c onst i t uye n lo s e le m e nt o s de mand o y cont ro l de la m a quina ri a de l N ive l 0. Est e N ive l 1 proporc ion a la informació n de actuació n dire c t a de l N ive l 0 y de e st a d o a l N ive l 2 . Se sue l e denomina r nive l de automatizació n (FA) .

1.6.3. N ive l 2

Es e l nive l de supervisió n y c ont rol . En est e nive l , bie n po r medio s humano s o bie n informáticos , se rea liza n la s siguiente s t a reas :

• Adquisició n y t ra t a m ie nt o de da t os . • Monitorizació n • Gestió n de a la rm a s y a sist e nc ia s . • M a nt e nim ie nt o c orre c t iv o y prevent ivo . • Programació n a cort o . • Cont ro l de c a l ida d . • Cont ro l de obr a en curso . • Sincronizació n de células . • Coordinació n de t ra nsport e . • Aprovis iona m ie nt o de líneas . • Seguim ient o de lotes . • Seguim ient o de órdene s de t raba jo .

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Dependiend o de la filosofí a de cont ro l de la empresa , est e nive l emit e órdene s de ejecució n a l N ive l 1 y rec ib e sit uac ione s de estad o de dich o nive l . I gua lment e rec ib e lo s programa s de producción , ca lidad , manteni -miento , e tc . de l N ive l 3 y rea liment a dich o nive l co n la s inc idenc ia s (estad o de órdene s de t raba jo , situació n de máquinas , estad o de la obr a en curs o e t c . ) ocurrida s en planta .

1.6.4. Nive l 3

Es el nive l de planificación . En est e nive l se rea liza n la s siguiente s ta reas :

• Programació n de la producción .

• Gestió n de ma te ria les .

• Gestió n de compras .

• Análisis de coste s de fabricación .

• Cont ro l de inventa rios .

• Gestió n de recurso s de fabricación .

• Gestió n de ca lidad .

• Gestió n de mantenim iento .

La s última s tendenc ia s apunta n a situa r la gestió n de distribució n en est e nivel . El Nive l 3 emit e lo s programa s hac i a e l N ive l 2 y rec ib e de éste la s inc idencia s de la planta .

Del Nive l 4 rec ib e informació n consolidad a sobre :

• Pedido s en firme .

• Previsione s de venta .

• Informació n de ingenierí a de product o y de proceso .

Y envía informació n relat iv a a:

• Cumplimient o de programas .

• Coste s de fabricación .

• Coste s de operación .

• Cambio s de ingeniería .

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° B R 9 $N E s e l n , V e l c o r P ° r a t l v o - E n e s t e n i v e l s e rea liza n la s siguiente s ta reas :

Gestió n comerc ia l y de market in g

Planificació n estratégica .

• Planificació n financ ie r a y administ ra t iva .

a n ' a s sin, , • Gestió n de recurso s humanos .

• Ingenierí a de produc to .

• Ingenierí a de proceso .

• Gestió n de tecnología . • Gestió n de sistema s de informació n (MIS)

• Investigació n y desarrollo .

Est e nive l em it e a l N ive l 3 informació n sobr e la situació n comercia l (pedido s y previsiones) , informació n de ingenierí a de product o y de pro -ces o etc . Para pode r a justa r la planificació n globa l , est e nive l recib e de l Nive l 3 informació n ante riorment e indicad a sobr e cumplimient o de progra -mas , costes , e tc .

i distribució n Est e enfoqu e integrado r de la producció n prec is a par a su desarroll o la v rec ib e de& integració n de la s "isla s de automatización " y, po r tanto , e l desarroll o de las * comunicac iones , a l c rears e un a enorm e demand a de informació n que

afect a a toda s la s unidade s func iona le s de la empresa . Por otr a parte , debid o a la optimizació n de l cont ro l y la diversificació n de riesgos , se aconsej a al diseñado r o integrado r de sistema s de cont ro l a la "distribució n de inte ligenc ia " en la s dist inta s fase s o áreas de producción . Debid o a la citad a inte rdependenc i a ent r e la s dist inta s áreas, e l equip o qu e ejerc e el contro l de cad a un a de e lla s prec isa , en un moment o dado , informació n de los otros ; de ahí la necesida d de comunicació n ent r e lo s dist into s equipos .

En lo s nivele s más bajo s de la pirámid e CIM, se establece n una seri e de restricc ione s característica s de l entorn o indust ria l . Por una part e los t iempo s de respuest a de lo s disposit ivo s de cont ro l ha n de se r corto s y de carácte r determinista . Por otr a part e la s perturbacione s clásica s de l entorn o industria l ha n de pode r se r soportada s si n qu e ell o afect e a la fiabilida d y disponibilida d de la s insta lac iones . Esta s característica s se contempla n actualment e en la s Rede s de Área Loca l de carácte r industria l .

O.

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1.7. Estructuras distribuidas mediante Redes de Area Loca i

En e l de sa rroll o inic ia l de la comunicació n indust r ia l , pa r a int e rc a m bia r informació n ent r e do s Autómata s se emple ó la interconexió n a travé s de l Sistem a de Ent ra da s/Sa l ida s , l le va nd o sa l ida s de un e quip o a e nt ra da s de l ot r o y vic e ve rsa . Pero c ua nd o e l nive l de informació n fu e inc re m e nt a nd o su s re que rim ie nt os , c o n la petició n de da t o s c om o númer o de pieza s produc ida s/re c ha za da s , t ie m p o de func iona m ie nt o/pa ra da , t ie m p o de un c ic l o comple t o de la máquina , e t c . ; Est e métod o de int e rc a m bi o se reveló inope rante . Entonce s se incorpor ó la c a pa c ida d d e comunicació n ent r e Unidade s Ce nt ra le s , y post e r iorm e nt e se de sa rrol la ro n la s re de s de comunicación , m e dia nt e la s c ua le s c o n un c a bl e e x t e ndid o a lre de do r de la plant a se e nla za ba n lo s autómata s e nt r e sí y c o n un orde na dor .

La evolució n t ra j o c onsig o la Re d de Áre a Loc a l (LAN ) de carácte r indust ria l , qu e está c onst i t uid a básicament e po r un m e di o físic o de transmisió n (pa r t re nza do , c a bl e c oa x ia l , f ibr a óptica) , t ra nsduc t ore s , preacc ionadores , un númer o dive rs o 6e e st a c ione s de re d , t a le lT c om o unidade s de proc e sa m ie nt o y adquisició n de da t os , c ont rola dore s PID, autómata s progra m a ble s , c ont rola dore s e spe c ia l iza do s (pa r a robots , máquina s de c ont ro l numérico) , c om put a dore s pa r a e l proc e sa d o de da to s de carácte r ge ne ra l , disposit ivo s de a lm a c e na m ie nt o , e st a c ione s de operado r monit orizada s y periférico s par a la comunicación .

En e l desa rroll o inic ia l de la s Re de s de Áre a Loc a l , la s dist inta s característica s de lo s equipo s inc orpora do s en e l c onjunt o de "islas" , co n dist int a procedenc i a de fabricació n y la s ne c e sida de s específica s de automatización , provoc ó qu e se e nc ont ra ra n rede s de comunicació n de carácte r incompa t ible , impidiend o e l desa rroll o de l c onc e pt o CIM. Tambié n un a c ircunstanc i a important e qu e ayudó a m a nt e ne r est a situación , fu e debid a a la s dist inta s necesidade s de t ra t a m ie nt o de la informació n de las dive rsa s áreas func iona le s de la empres a qu e de m a nda n prestac ione s dist inta s a la re d de comunicac ione s de qu e se servían .

En la s unidade s func iona le s de administració n (ofic inas) , la informa -ción qu e se t ransfie r e de un punt o a ot r o está const ituid a po r paquete s mediano s y pequeños , per o ha y gra n cant ida d de te rm ina le s pidiend o y enviand o información . Alg o simila r pued e encont ra rs e en lo s departa -mento s técnicos , aunqu e aquí t iene n luga r t ransfe renc ia s de grande s paquete s de informació n (gráfico s CAD). En esto s caso s e l t iemp o de res -

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J a

P a r a in t

L n ', a s r i • «o a lre d

e:

lador .

puest a no es un fa c t o r crític o y rede s com o la Etherne t (IEEE 802 3) se adapta n pe rfe c t a m e nt e a est e t raba jo .

Cuand o no s a c e rc a m o s a l nive l de lo s ta lle re s de producción , lo s reque rim iento s so n de t ra nsfe re nc i a ocasiona l de grande s paquete s (programa s de aplicació n de e quipo s de cont rol ) y much o más frecuent e de paquete s pequeño s c o n informació n de l e st a d o de l sistem a y evolució n de los parámetro s de c ont rol . Aqu í lo s t ie m po s de respuest a so n importante s y adquie re n e l carácte r crític o c ua nd o de sc e nde m o s al nive l de l cont ro l en t iemp o rea l , e n dond e tambié n es crític o e l fa c t o r de fiabilida d de transmisión .

cafe

El t ip o de re d qu e se pre c is a es e l de a c c e s o determinístico , es decir , co n t ie m po s de re spue st a ba jo s y pre c isa ble s . Una re d qu e respond e a esta s característica s es la qu e pose a un m e di o de acces o al medi o po r pas o de t e st ig o (t ok e n ring : IEEE 8 0 2 .4 ) en su s form a s topológica s de "bus " o d e a nil lo . - A N ) de

m e di o físico transductor :

re d , tale?co r parecía im posibl e de sa rrol la r e l c onc e pt o de l CI M . Desd e fina le s de lo s mtroladore s l a r ^ o s 70 s e n a t ra ba ja d o e n m ode lo s de re d qu e permita n una

Est a situació n produj o un e fe c t o de "Torr e de Babe l " ba j o e l qu e

s (par a rote

>cesad o de M estacione s

estandarización : ISA (I nst rum e n t Soc ie t y o f Am e ric a ) trabaj ó en e l proyect o PROWAY d e normalizació n pa r a un a Red de Dato s Indust ria ' y de Proceso , m ie nt ra s qu e IEEE (I nst it ut e o f Elec t rica l and Elect roni c Engineers ) de sa rrol la b a e l proye c t o 8 0 2 pa r a la nomalizació n de Rede s en Área Loc a l .

a la s i ' á

•o d e "islas , ' específi ^

t a s i t ü j . f o r m a * 0 0

j a n pre s

la ñas)- f J d a P0(M n a l * 5 ? óA

e n ; i a s

1 0 5 fl

«0 o

Tambié n e l prot oc ol o M A P (M a nufa c t urin g Aut om a t io n Protocol) , persigu e la normalizació n de un a Red Loca l a la qu e pueda n se r conec tado s t odo s lo s sist e m a s de c ont ro l qu e se ha lla n en un a planta . La especificació n M A P se ba s a e n e l m ode l o de re fe renc i a OSI (Ope n Syste m Inte rconnec t ion ) qu e se e st ruc t ur a en sie t e nive les . Para cad a un o de los nive le s se de fin e un a norm a o se e m ple a un a ya ex ist ente .

En la a c t ua lida d la distinció n e nt r e la Automatizació n de Proceso s y la Automatizació n de la Fabricación , en lo qu e conc ie rn e a la implementació n de la part e de c ont rol , está dism inuye ndo . La primer a se sue l e c lasifica r ent r e lo s proceso s de na tura lez a cont inu a dedicado s a la producció n a gra n esca la , t a le s com o planta s petroquímicas , cemente ras , siderúrgicas , dist ribuidora s de energía eléctrica , e t c . . A est a c las e de proceso s carac teriz a lo s gra nde s flujo s de mate ria l y lo s requerimiento s y rest ricc ione s espec ia le s de seguridad . Por ot r a part e la Automatizació n de la Fabricació n está más re lac ionad a co n la fabricació n de carácte r discre to ,

le s

UPV-CFP 35

fl v i

la cua l m ic ia lment e estuv o basad a en la producció n rea lizad a de form a independient e de de t e rm ina da s isla s cuy o obje t iv o e ra la obtenció n de índice s a de c ua do s de fabricación . A l pla nt e a rs e la conexió n de la s dist inta s isla s mediant e rede s de c om unic a c ione s de área loca l se hac e posibl e la reducció n de lo s t ie m po s de c a m bio s de he rra m ie nt a y de l tamaño de lo s inventa rios . Si bie n la Automatizació n de Proc e so s y la Automatizació n de la Fabricació n se habían m a nt e nid o c om o a c t ivida de s se pa ra da s , en la ac tua lida d ut iliza n medio s tecnológico s c om une s par a e l c ont ro l de buc les , disposit ivo s de inte rfaz e hombre-máquin a (visualizació n y soft w a re ) y par a la conexió n en red . Est a c onve rge nc i a se ha pue st o en énfasi s a travé s de l estánda r IEC Fie ldbu s en la qu e se c ont e m pla n la s do s a pl ic a c ione s .

Figura 1.14. Estructura distribuida mediante red de área local (LAN)

36 UPV-CFP

h

ati>

as de

D n t r 0 |

asís a

C a c i o n e s

TRATAMIENTO >É ALARMA S CON OGICA CABLEAD*


Re sum e n :

Un Sistem a automa t izad o está compuest o po r la Part e Operat iv a con -junt o de máquina s y/o subproceso s qu e desarrolla n diversa s tarea s de producción , y la Part e de Cont rol , compuest a po r lo s disposit ivo s de contro l ut ilizado s par a som e t e r a un bue n comportam ient o a la primera .

Lo s nive le s de automatizació n denota n el grad o de comple jida d de los sistema s a ut om a t iza dos .

El mode l o de la pirámid e de la Nat iona l Standar d of Technology , establec e un a relació n integrada , de maner a je ra rquizad a y dist ribuid a de lo s dist into s a spe c t o s de diseño , planificació n y fabricació n qu e se genera n en tod a a c t ivida d e m pre sa ria l .

La s rede s d e c om unic a c ione s de carácte r indust ria l const ituye n la piedr a angula r de lo s m ode rno s sist e m a s automat izado s de producción .

Referencia s bibliográficas :

Arne d o J . Fabricación Integrada por Ordenador. Editoria l Marcombo , 1992.

Boute ille , D., Boute il le , N., Cha nt re uil , S., Collot , R., Frachet , J .P. , Le Gras , H., M e rla ud , C , Se loss e J . , Sfa r A. Los Automatismos Programables. Edit ion s Cite f , 1 9 9 1 .

Gra n Enc ic lopedi a La rousse . T om o I I I . Editoria l Planeta , 1987

Groover , Automation Production Systems & Computer-Aided

Manufacturing. Pre nt ic e -H a ll , 1980.

Wile y Jordán , J .R. Serial Networked Field Instrumentation. Joh n Sons , 1995.

M iche l , G. Autómatas Programables Industriales. Editoria l Marcombo , 1990.

V isw anadham , N., Narahar i Y. Performance Modeling of Automated Manufacturing Systems. Prent ice -Ha ll , 1992.

UPV-CFP 37

A i

CAPÍ T U L O

ANÁLISIS Y SÍNTESIS DE LOS AUTOMATISMOS

2.1. Introducción....................................................... 41

2.2. Algebra booleana............................................... 41

2.3. Análisis de Automatismos Combinaciona-les y Secuenciales............................................. 50

2.4. Automatismos Combinacionales....................... 51

2.5. Automatismos Secuenciales............................. 64

2.6. Representación de los Automatismos.............. 72

2.7. Dispositivos funcionales para la automati-zación. .............i.................................................. 80

Análisis y síntesis de los Automatismos

Obje t ivos : • Conoce r la metodologí a de análisi s y síntesi s de lo s a u t om a t is -

mo s se nc i l los .

• Conoce r lo s c onc e pt o s de va r ia ble , ope ra do r y funció n boole a na .

• Most ra r lo s método s d e simplificació n de func ione s boole a na s , ut i l iza do s pa r a la simplificació n de lo s pequeño s a ut om a t ism o s c om bina c iona le s y se c ue nc ia le s .

• De sc r ibi r la s d i s t i n t a s norm a s d e representació n de lo s a u t om a -t ism os .

2. 1. Introducción

El métod o de análisi s y mode lad o de lo s automat ismo s se establec e a parti r de la natura lez a de la s va riable s qu e inte rviene n en éstos . Lo s siste -mas de producció n automat izado s t iene n mu y a menud o carácte r secuen -cial , es decir , su form a de opera r pued e se r contemplad a com o la conca te -nación de dist inta s fase s debidament e secuenc iada s en el t iempo . El c on -junt o de la s variable s de esto s sistemas , de ent rada , sa lid a y estado , po -seen únicament e do s estado s c la rament e dife renc iado s "ON" , "OFF" , po r lo que su natura lez a es disc re t a y binaria .

Est e comportamient o qued a re fle jad o en lo s disposit ivo s de entrad a y salid a qu e sue le n ut iliza rs e en est e t ip o de sistema s ta le s com o interrupto -res , pulsadores , fina le s de carre ra , de tec tore s induc t ivos , célula s fotoeléc -tricas , relés , contac tores , e t c . .

Por est e mot ivo , par a establece r la s re lac ione s func iona le s entr e las variable s interviniente s se ut iliz a e l Álgebr a Booleana , herramient a mate -mátic a qu e permit e la definició n de func ione s lógica s capace s de re lac io -nar un conjunt o de variable s disc re ta s binarias .

2.2. Álgebra booleana

2.2.1. Concept o de variabl e boolean a

Una variabl e boolean a es aquell a qu e pose e un a naturalez a binaria , d e ta l form a qu e únicament e pose e lo s va lore s binario s " 1 " ó "0" , o lo s

UPV-CFP 41

equiva lente s "VERDADERO " o "FALSO" . Muy a menud o est e concept o se asoc i a en la electrónic a digita l a qu e e l disposit iv o lógic o qu e represent a la variabl e dispon e de do s nive le s de tensió n dife renc iados : 5 volt , y 0 volt . ; o en disposit ivo s eléctricos : 24 volt , y 0 volt .

2.2.2. Conc e pt o d e funció n boo le a n a |

En genera l un a funció n boolean a es t od a aque ll a expresió n en la qu e un conjunt o de variable s booleana s se ve n re lac ionada s po r lo s ope rado -re s booleano s desc rit o s ante riormente . Para su representació n se ut iliza n la s expresione s de sum a de produc to s (m inte rm ) o produc t o de suma s (maxterm) , pudiéndos e encont ra r func ione s e quiva le nt e s rea lizada s me -diant e lo s do s procedim ientos .

Ejemplo : y = a + b

En un c ircuito , eléctrónic o o eléctrico , la s va riable s "a " "b" representa -rían la s ent rada s de dich o c ircuito . La va riabl e "y " representarí a la sa lid a de dich o c ircuito .

El resultad o de un a funció n booleana , a l igua l qu e la variabl e binaria , sólo pued e toma r va lore s binarios .

F U N C I Ó N 1 Y 41

O É

P

+

c om ple m e nt o 1

1 Nemónlco s AN D OR NOT I I

1 Representació n 1 a igeora ic a 1 v A

1 •

• i i

• 1

•

1 •

1 Representació n 1 Boolean a I # +

1 F •

i

• •

a 1 F 1 •

Figura. 2.1. Tipos de representación de operadores booleanos

42 UPV-CFP

c onc e Pt 0


r e P r e s e n K ^ 2 2 3. Ope ra dore s boole a no s « • yo v 0 |, a .

Los ope radore s booleano s e st a ble c e n la s re lac ione s a e fec tua r sobr e las dist inta s va riable s booleanas . Esto s so n e l ope rado r OR (suma) , e l ope -rado r AN D (produc to) y e l ope rado r NOT (c om ple m e nt o) .

spresenta -\ sa lid a de

Funció n OR n e n la q u e

) s operado . E n e ' c a s o d e u n ope ra do r OR re la c iona nd o a do s va riable s binaria s 1 s e utiliza n ' " "

d e suma s za da s me-

de la form a

y = a + b

deb e inte rpre ta rs e en e l se nt id o de qu e la funció n tomar á va lo r " 1 " cuand o cua lquier a de la s va ria ble s o a m ba s t om e n va lo r " 1 " . Una descripció n int ui -t iv a de carácte r eléctric o pued e ve rs e en la Fig . 2 .2.

Lo s dist int o s va lore s qu e pued e a dopt a r la funció n dependiend o de l valo r de la s va ria ble s se obse rv a en la de nom ina d a tabl a de ve rda d de la función . Est a t a bl a m ue st r a e l va lo r de la funció n par a cad a combinació n de va lore s de la s va ria ble s de e nt ra da .

le binari a

»nto

a b y

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

Tabla 2.1. Tabla de verdad para la función OR

Propiedade s de la Funció n OR

a + a

a + 0

a

a

a + a = 1

UPV-CFP 43


En e l gráfic o de la Fig . 2 .2 ., pued e comproba rs e la va lide z de la s pro -piedade s a nt e riore s .

a o

a o

o o

a o

1 , o

a O

a o

a

a o

a o

a

a o

Figura. 2.2. Propiedades función OR

Funció n AND

El operado r AN D re lac ionand o de la mism a form a a do s variable s de la form a y-ab deberá interpre tars e de maner a qu e la funció n únicamen -t e tomar á valo r " 1 " s i y sólo s i amba s variable s toma n e l va lo r " 1 " . En la Fig . 2 .3 . se muestr a el c ircuit o eléctric o y su tabl a de verda d es la siguien -te :

a b y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1

Tabla 2.2 Tabla de verdad para la función AND

44 UPV-CFP


Las propiedade s de l operado r AN D son :

a • a = a

a • 1 = a

a a = 0

a 0 = 0

Figura. 2.3. Propiedades función AND

Funció n NOT

El operado r NOT, a fe c t a nd o a un a funció n de un a va riabl e de la form a y-a, deb e e nt e nde rs e en e l sent id o de qu e la funció n tomar á va lo r " 1 " cuand o la va riabl e va lg a "0" , y c ua nd o va lg a " 1 " tomar á e l va lo r "0" .

a y

0 1

1 0

Tabla 2.3. Tabla de verdad para la función NOT

UPV-CFP 45

Robótfca y Automática

Otras propiedades:

Conmutativ a

a + b = b + a

a • b = b • a

a o

b

b

a o

b O

b O

Figura. 2.4. Propiedad conmutativa

Asociativa :

a + (b + c) = (a + b) + c

a - (b - c) = (a • b) • c

Figura. 2.5. Propiedad asociativa

Distributiva :

a(b + c) = a b + a c

a + b • c = (a + b) (a + c)

46


Figura. 2.6. Propiedad distributiva

2.2.4. Teorema s de MORGAN

Teorem a 1: El complement o de un product o lógic o es igua l a la sum a lógi -ca de lo s complemento s de cad a términ o de ese producto .

a • b • c - a + b +c

Teorem a 2: El complement o de un a sum a lógic a es igua l a l product o lógi -co de lo s complemento s de cad a términ o de esa suma .

a + b + c = a -b•c

2.2.5. Funcione s lógica s derivada s

A part i r de la s func ione s lógica s fundamenta le s de l álgebr a boolean a descrita s anteriormente , puede n formars e ot ra s func ione s lógica s de gra n utilida d en lo s sistema s de electrónic a digita l y en consecuenci a en los au -tomat ismo s implementado s mediant e est a tecnología . Esta s funcione s so n la funció n NAND, ÑOR, OR EXCLUSIVA .

Funció n ÑOR

La funció n ÑOR, result a de aplica r e l operado r NOT a una funció n OR. Su expresió n es

y -a + b

UPV-CFP 47

Su tabl a de verda d y el c ircuit o lógic o equiva lent e Tabl a 2.4. y Fig . 2.7.

se m ue st ra n en la

a b ~ y~ ]

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

Tabla 2.4. Tabla de verdad para la función ÑOR

1

Figura. 2.7. Circuito lógico equivalente de la función ÑOR

Funció n NAND

La funció n NAND, result a de aplica r e l ope rado r N OT a un a funció n AND. Su expresió n resultant e es

y su tabl a de verdad :

y - a-b

a b y

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Tabla 2.5. Tabla de verdad para la función NAND

48 UPV-CFP


Funció n OR EXCLUSIVA

La funció n OR exc lusiva , tambié n denominad a XOR actúa de form a que la funció n va l e "1" cuand o un a y sólo un a de la s va riable s mant ien e dich o valor . Obsérves e la dife renc i a co n la funció n OR en la cua l la sa lid a e s "1" cuand o a m ba s va riable s t om a n va lo r "1". Est a funció n t ien e guíent e notación :

y = a®b = a• b+a • b

a s i -

y su tabl a de ve rda d es :

a b y

0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0

Tabla 2.6. Tabla de verdad para la función XOR

Funció n COINCIDENCIA

Est a función , denominad a tambié n ÑOR EXCLUSIVA , es la funció n complementari a de la anterior , de form a qu e la funció n tom a valo r "1" si los valore s de amba s va riable s coinc iden . Su expresió n y su tabl a de verda d son :

y = a - b + a • b

a b y

0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1

Tabla 2.7. Tabla de verdad para la función

UPV-CFP 49


2.3. Análisis de Automatismos Combinacionales y Se-cuenciales

Con frecuenc i a a lguno s sistema s requie re n la memorizació n de las secuenc ia s de variable s de ent rad a en form a de estad o inte rno , de maner a qu e se pueda n toma r dec isione s lógica s en un instant e de te rminado , en funció n de secuenc ia s de lo s va lore s de la s va riable s de ent rad a en el pa -sado . Por e ll o disponemo s de un a seri e de va riables , proveniente s de c on -signa s de mando , lec tura s e fec tuada s po r lo s captadore s o bie n variable s de estado . Dicha s func ione s lógica s puede n se r representada s po r un conjunt o de ecuac ione s booleana s de la form a :

ST - f (E T, QT) Q (T+AT) = f(ET, QT)

Siend o E T e l conjunt o de va riable s de ent rad a a l c ircuit o en e l instant e

T, S T el conjunt o de sa lida s y Q T e l conjunt o de va riable s inte rnas .

La primer a ecuació n S T represent a la s sa lida s de l c ircuit o com o com -

binació n de la s va riable s de ent rad a e inte rnas , y Q T + A T represent a la ac -

tualizació n de l estad o inte rno .

En genera l , un cont rolado r lógic o programabl e e jecut a una s accione s de contro l basándos e en un conjunt o de func ione s lógicas , qu e resulta n de la observació n y posterio r t ra tam ient o de un conjunt o de va riables .

El program a qu e implement a e l a lgoritm o de cont ro l en un Autómat a Programabl e Industria l es un conjunt o de direc t iva s de usuario , establec i -da s a travé s de un o de lo s posible s lengua je s de programació n existente s en lo s API , y qu e so n en definit iv a un conjunt o debidament e ordenad o de ecuacione s lógica s de estad o y de sa lid a de l sistem a baj o un a estructur a DO WHILE. El ordenamient o y po r tant o la escritur a de dicha s ecuacione s vien e condic ionad o po r el t ip o de c ic l o de func ionamiento .

w

El t ip o de cic l o de func ionamiento , a su vez, vien e condic ionad o po r la form a y la frecuenci a qu e se adquiere n la s variable s de ent rad a y de con -t ro l (salida ) de l sistema .

En definit iva , lo s sistema s basado s en automat ismo s puede n se r mo -delado s según el caso , bie n com o sistema s combinac iona les , bie n com o sistema s secuencia les .

50 UPV-CFP


2.4. Automatismos Combinacionales

ció n d e i Si e l s is t e m a e n cuestió n no requie r e de va riable s de estado , e l anált -* l£t i # • i # . . . . d e ^ a n e s i s d e l a u t om a t ism o pue d e se r t ra tad o segú n la lógic a d e c i rc ui t o s c o ~ i b i -

TOinado ^ na c iona le s , po r lo c ua l e l conjunt o de e c ua c ione s boo le a na s a nt e r iore s ia e n e í ' ^ qued a re duc id o a la ecuación :

t e s d e con ' | v a r i a b S S j = ^

P ° r ür p o r t a nt o , la sa l id a d e un a ut om a t ism o de lógic a c om bina c iona l . de -pe nd e únic a y e x c lus iva m e nt e de la combinació n de la s va r ia b le s de e n t ra -da E T

instant e

>mo c om -

t a l a ac -

2.4.1. Minimizació n de funcione s lógica s

Bie n po r m ot ivo s económicos , b ie n po r c rit e rio s de simplic ida d de es sist e m a s a im ple m e nt a r . lo s inge n ie ro s y técnico s en gene ra l debe n p roc u -ra r qu e lo s s is t e m a s re su l t a n t e s d e t od o p roc e s o de diseño , cumpliend o las e spe c i f ic a c ione s d e func iona m ie n t o , pose a n e l meno r númer o posibl e de disposi t ivo s tecnológicos .

acc ione s u l t a n de

Para la aplicació n de e st e c rit e ri o en lo s a ut om a t ism o s de carácte r combinació n ut il iza n un a se ri e de método s de simplif ica -ción qu e pasamo s a de t a lla r en lo s a pa rt a do s siguie nt e s .

utómat a t a b l e c i -is t e nt e s ra d o de t ruc t ur a ac ione s

> po r la l e con-

e r m o -cóm e

Utilizació n de funcione s sum a de producto s y producto s de suma s

form a diseñ o d e cuaí-rm

m *

quie r a ut om a t ism o de carácte r c om bina c iona l c om ie nz a po r , a

ción de su tabl a de ve rda d c orre spondie nt e ; es dec ir , mediant e el estable -c im ient o de lo s va lore s qu e deberá adopta r la sa lid a par a cad a combina -ción de su s ent radas . Post e riorm e nt e ex ist e n do s posibil idade s en cuant o la implementació n de l a ut om a t ism o result ante .

a) Se lecc iona r de sd e la t abl a de ve rda d la s fila s dond e ex ist a un M" lógic o y const rui r un a funció n lógic a dond e en cad a términ o intervendrá n la s dist inta s c om bina c ione s de ent rada s en form a de sum a de produc tos . Est a expresió n rec ib e e l nombr e de fun -ción m inte rm .

UPV-CFP 51

Robótica y Automática • • •

b) Se le c c iona r de sd e la t a bl a d e ve rda d la s f i la s dond e e x ist a un "0" , se proc e d e a inve rt i r la s va r ia ble s y despué s se e x pre sa n en form a d e produc t o s d e sum a s . Est a expresió n re c ib e e l nom br e d e m a x t e rm .

Cua lquie r a de lo s do s proc e dim ie nt o s da c om o re sul t a d o un a e x pre -sión lógic a e quiva le nt e . La únic a di fe re nc i a se e nc ue nt r a e n e l númer o de disposit ivo s lógico s a ut i l iza r pa r a re a l iza r s u implementación . Obvia m e nt e e l obje t iv o de l diseñado r será e nc ont ra r la expresió n m inim iza d a de la fun -ción lógica .

Ejemplo :

Considéres e la t a bl a d e ve rda d d e la T a bl a 2

Aplic a nd o e l prim e r proc e dim ie nt o e n la fo rm a m int e rm , se le c c iona re -mo s la s f i la s n°2 y n°8 dond e e x ist e un " 1 " lógic o a la sa l ida .

Ent ra da s Sa l id a

c b i a y

o j o 0 | 0

0 0 1 1

o I 1 0 I 0

I o I 1 1 I 0

¡ 1 I 0 0 0 i

1 l 0 1 0

I 1 1 0 0

I 1 I 1 1 I 1 I Tabla 2.8.

La expresió n qued a co n do s término s sum a de produc to s de la form a

y - a • b • c +a • b * c

52 UPV-CFP

U n a e*Pre

n u m e r o 7

a d e 'a h

eccionare -


Su implementació n mediant e esquem a eléctric o se muest r a en la Figur a 2.8.

a b c o o -

a b c < o

Figura 2.8. Circuito lógico equivalente del ejemplo de la Tabla 2..

Considéres e ahora , la T a bl a 2 .9 ., dond e se obse rv a qu e únicament e existe n do s fi la s n° 5 y 8 co n "0 " lógic o en la sa lida .

Ent ra da s Sa lid a

c b a y

0 0 0 1

0 0 1 1

0 1 0 1

0 1 1 1

1 0 0 0

1 0 1 1

1 1 0 1

1 1 1 0

Tabla 2.9.

form a

Puede observars e qu e en est e cas o la expresió n en form a de minter m dispon e de mucho s términos . En est e cas o parec e más convenient e rea li -zar la funció n lógic a a part i r de su expresió n en sio n resultant e quedarí a

form a

y = (a + 6 + c ) • (a + b +c)

El esquem a lógic o resultant e se muest r a en la Fig . 2 .9

Figura 2.9. Circuito lógico equivalente del ejemplo de la Tabla 2.9

2.4.3. Mapa s de K a rna ug h

Lo s denominado s Mapa s de K a rna ug h e s un o d e lo s proc e dim ie nt o s más usuale s par a la simplificació n de c irc uit o s lógicos . Su utilizació n re -sult a adecuad a par a sist e m a s de 3, 4 y 5 va ria ble s . Cua nd o e l númer o de esta s exced e esto s va lores , su resolució n c om ie nz a a se r e ngorros a y de -be n buscars e ot ro s método s ba sa do s e n cálculo s po r orde na dor . Si n e m -barg o su ut ilida d result a a de c ua d a pa r a la implementació n d e a ut om a t is -mo s y c ircuito s lógico s re la t iva m e nt e se nc il los .

Para la descripció n de est e métod o ut i l iza re m o s la T a bl a 2 .1 0 .. El pro -cedimient o de simplificació n de b e se gui r lo s siguie nt e s pa sos :

• 1 o En prime r luga r se proc e d e a l de sa rrol l o d e lo s m int e r m de la expresió n boolean a a part i r de la t a bl a de ve rda d re a liza da .

• 2o El segund o pas o c onsist e e n c oloc a r un " 1 " e n la casill a de l map a de Ka rnaug h c oinc idie nd o c o n la s m ism a s c om bina c io -ne s de la s va riable s de e nt ra d a obse rva da s e n la t a bl a de ve r -dad .

• 3 o El te rce r pas o consist e en a grupa r la s c a sil la s a dya c e nt e s qu e contenga n un " 1 " , en grupo s pot e nc ia s de 2, es dec i r grupo s de 1 , 2, 4, 8, ... La s casilla s a dya c e nt e s so n a que lla s en la s que , de un a a la ot ra , solament e un a va ria bl e c a m bi a de va lor .

• 4o En el cuart o pas o se proced e a e lim ina r la s va ria ble s . La form a de e lim inarla s es coloca r t odo s lo s grupo s de va riable s pe rt e -nec iente s a un grup o en form a de columna . Despué s se e l im i -narán de dich a column a la s va riable s qu e c a m bie n de valor . La s variable s qu e permanezca n ina lt e rada s pasará n a forma r un términ o de un a expresió n minte r m m inim izada .

54 UPV-CFP


Ejempl o pa r a 3 va riable s

3 Tabl 9 2.9

Ent rada s Sa lid a a b c y

0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1

1 ! 1 1 1 s procedimier

Su utilizació n i d o el número r engorros a denador . Sin e

Tabla 2.10.

Si obt e ne m o s dire c t a m e nt e la funció n lógic a de sum a de produc tos , a

ón de autora P a r^ ' r de ' a ^ a ^ ' a d e ve rda d t e ne m os :

jb l a 2.10.. Elf y a • b - c + a • b - c + a • b • c + a - b • c + a • b • c

sos :

os minter m di

La expresió n así obt e nid a pose e c inc o términos .

Procediend o a s u simplificació n m e dia nt e e l métod o de Karnaugh , a d realizó 8, formamo s la c orre spondie nt e t a bl a de 3 va ria ble s . Obsérves e e l mod o de

en ma s

>n la

la ca comt* f

rje' ,;

tabla

disposició n de la s va ria ble s e n e l c ont orn o de la t a bla , de maner a qu e de una casill a a la siguie nt e únicament e de b e habe r un c a m bi o en un a de la s variables .

decir í y 1

1 1

1

1

Ta6/a Z f f . 7a£>/a de Karnaugh, paso 2

UPV-CFP 55

.i


Agrupand o en grupo s de pot e nc ia s de 2 .

c c

a • b 1

a • b 1 1

a • b 1

a • b 1

Tabla 2.12. Tabla de Karnaugh, paso 3

Ahor a proc e de m o s a c oloc a r en c olum n a t odo s lo s término s de cad a agrupamiento .

El de c ua t ro :

a -b • c

a • b • c

a • b • c

a • b • c

Com o pued e obse rva rse , únicament e pe rm a ne c e si n c a m bia r de valo r la va riabl e c , po r lo t a nt o e st a va ria bl e pa s a c om o términ o a la funció n sim -plificada , eliminándos e la s ot ra s do s va ria ble s .

Ahor a e l grup o de dos :

a • b • c

a • b • c

En est e grup o pe rmanece n si n cambio s a.b, po r lo tant o se e limin a la variabl e qu e cambi a (c ) , fina lment e pasa n a forma r part e de la funció n sim -plificad a de sum a de produc tos , dich a funció n es :

y=c+a• b

Pued e observars e la notabl e simplificació n s i se compar a co n la fu n ción direc tament e obtenid a de la tabl a de verda d origina l .

56 UPV-CFP


2.4.3.1. Tablas de Karnaugh de cuatro variables

Consideremo s ahor a un a tabl a de verda d de cuatr o variables . Para opera r sobr e dich a tabla , tomaremo s com o ejempl o la Tabl a 2.13.

La funció n lógic a correspondient e si n minimiza r es:

y-a-b-cd + ab-cd + a-bcd + a-bcd + abcd +

+ ab c-d + ab c d + a b c d + a b c d

Tabla 2.13.

UPV-CFP 57


La t a bl a de Ka rnaug h c orre spondie nt e :

Tabla 2.14.

c.d c.d c.d c.d

a • b 1 1

a • b 1 1 1 a • b 1 1

a • b 1 1

La funció n re sult a nt e m inim iza d a es

y = d + a -be

Al procede r a la agrupació n de la s c a si l la s a dya c e nt e s de "unos" , deb e obse rva rs e c uida dosa m e nt e la na t ura le z a a dya c e nt e d e la s casilla s situa -da s en lo s ex t remo s supe rior , infe rio r y lo s do s la t e ra le s . A est e respect o ha de c onside ra rs e qu e la t a bl a se c ie rr a d e form a c i l indr ic a po r lo s ex t re -mos , de ta l mane r a qu e su s c a sil la s supe rio r e infe rior , y la te ra l de rech a e izquie rd a so n a dya c e nt e s re spe c t iva m e nt e .

En la Fig . 2 .10 . se m ue st ra n a lguno s a grupa m ie nt o s d e casilla s apa -rentement e dist anc iada s en la t a bla , pe r o d e carácte r a dya c e nt e .

l i

I

I

i 1 i

— *

V \ V

1 1

1 1 r 1 1

l K)

V -

I \

Figura 2.10. Agrupamientos de carácter adyacente

2.4.4. Método de K a rna ug h mediant e e x pre sione s m a x t e r m

El procedimient o de simplificació n mediant e expresione s maxterm , cambi a ligerament e de l vist o anteriorment e en la utilizació n de expresione s m inte rm .

58 UPV-CFP


El procedimient o es com o sigue :

• 1 o Se escrib e la expresió n maxter m a part i r de la tabl a de ver -da d correspondiente . Recuérdes e de invert i r la s variable s en la expresió n respect o de la s qu e aparece n en la s fila s co n cer o a la sa lid a de la tabl a de verdad .

• 2o Coloca r un " 1 " en la tabl a de Karnaug h en cad a casill a co -rrespondient e a un términ o maxte rm , es dec i r a cad a grup o de va riable s unida s po r e l operado r OR. Obsérves e qu e ca -da fi l a de la tabl a de ve rda d co n un "0 " a la sa lid a se corres -pond e co n un a casill a de la tabl a de Karnaug h co n un " 1 " .

• 3 o Rodea r gráficament e lo s grupo s de casilla s adyacente s de W 1 W de la m ism a maner a qu e en e l procedimient o minterm , es dec i r grupo s de 1 ,2 ,4,8 ,...

• 4o Representa r cad a grup o y e lim ina r de éstos la s variable s qu e a pa re c e n e ll a m ism a y su complementaria . Es decir , las va riable s qu e cambia n en la s columna s de grupo .

• 5 o Uni r lo s término s resultante s simplificado s mediant e opera -dore s AN D .

Ejemplo :

Part iend o de la Tabl a 2 .15 , obténgas e la expresió n maxter m de la mis -ma .

(a + b + c)

(a+b + c)

(á + b +c)

Tabla 2.15. Obtención de las expresiones maxterm

Ent rada s Sa lid a a b c I y

0 0 0 I 0 0 I 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0

I 1 I 1 1 l 1

•

•

UPV-CFP 59

La expresió n de la funció n maxter m si n simplifica r es:

y-(a+b + c).(a +b + c).(a + b + c)

c i i c

a + b

a + b

a+b 1

a+b

i Tabla 2.16. Grupos adyacentes

Obsérves e la disposició n d e la s va r ia ble s en lo s la te ra le s izquie rd o y superio r de la t a bl a de K a rna ug h pa r a la simplificació n m a x t e rm .

Lo s grupo s de c a sil la s a dya c e nt e s qu e se form a n son :

El prime r grupo :

a + b + c

a+b + c

Elim inamo s la va ria bl e a .

El segund o grupo :

a+b+c

a+b + c

Elim inamo s la b, qu e es la qu e se pre se nt a c o n su c om ple m e nt o .

La expresió n sim plif ic a d a re sult a nt e despué s de procede r a la e lim ina -ción de va ria ble s y uni r lo s término s m e dia nt e e l ope ra do r AN D es :

y = (b + c)-(a + c)

60 UPV-CFP


El lecto r pued e compara r el resultad o co n el obtenid o ante riorment e al ¡mplifica r la mism a tabl a de ve rda d mediant e el métod o de expresió n si

minterm .

En genera l , a l procede r al diseñ o de un automa t ism o senc illo , c onvie -ne comproba r la simplificació n mediant e lo s do s método s y aplica r aque l cuy a implementació n result e más económica .

2.4.4.1. "Términos No Importan" en las tablas de Karnaugh

Se denomina n "término s no im port a n " a aque llo s qu e se deriva n de combinac ione s de la s va riable s de e nt ra d a qu e no va n a produc irs e nunc a o qu e el sistem a combinac iona l no es recept iv o a dich a combinación .

Los "término s no importan" , se escribirá n en la casill a correspondient e mediant e un a X, y puede n forma r un grup o de término s co n algún " 1 " o grup o de estos , de ta l form a que , en a ra s de la simplificación , el va lo r de la X se tomar á com o "0 " ó " 1 " a c onve nie nc ia .

c.d c.d c.d c.d

a • b 1

a • b X 1

a • b 1

a • b 1

Tabla 2.17. Agrupación de términos

2.4.5. Ejemplo s de automatismo s combinacionale s

Ejercici o n£1

Cuatr o responsable s de un a Soc ieda d (A,B, C y D) dispone n de acces o a un a ca j a fuerte . Cada un o de e llos , dispon e de un a llav e dife rent e (a,b,c y d) y está acordad o que :

- A no pued e abri r la ca j a fue rt e a meno s qu e un o de lo s responsa -bl e B o C esté presente . B, C y D, no puede n abri r la ca j a fuert e a meno s qu e do s de lo s otro s responsable s estén presentes .

UPV-CFP 61

Obtene r la funció n lógic a minimizad a de apertur a de la ca j a fuert e

La tabl a de verda d correspondient e es :

Ent rada s Sa lid a

a b c d y 0 0 0 0 0

0 0 0 1 0

0 0 1 0 0

0 0 1 1 0

0 1 0 0 0

0 1 0 1 0

0 1 1 0 0

0 1 1 1 1

1 0 0 0 0

1 0 0 1 0

1 0 1 0 1

1 0 1 1 1

1 1 0 0 1

1 1 0 1 1

1 1 1 0 1

1 1 1 1 1

Tabla 2.18.

La tabl a de Karnaug h result ant e e s :

Tabla 2.19

La funció n minter m minim izad a es :

y -a-b + a- c + b- c-d = a- (b + c) + b- c-d

62 UPV-CFP


Se

ció

dej a a l lec to r qu e obteng a la expresió n max te r m de l ante rio r ejerc í

f\arc¡clO n °2

En un a caden a d e e nva sa d o se dispon e de do s c il indro s neumático s CN1 y CN2 par a e l desví o de la s bote lla s de fe c t uosa s a la s c inta s t ra ns -portadora s a de c ua da s pa ra , según e l caso , su posibl e reutilizació n o envío a desecho .

Lo s de fe c t o s qu e ha n de de t e c t a rs e son : fa lt a de llenad o L, fa lt a de taponad o T, fa lt a de pre c int a d o P y fa l t a d e e t ique t a d o E. La detecció n se realiz a m e dia nt e un a batería de célula s fotoeléctrica s (Fig . 2 .12 .) de form a que cuand o e l ha z re spe c t iv o de l e m iso r inc id a sobr e e l recepto r se c oloc a -rá a un o lógico , indic a nd o fa l t a d e l le na do , t a pona do , pre c int a d o o e t ique -tado re spe c t iva m e nt e .

El c il indr o neumátic o CN 1 deber á a c t iva rs e e n un a prime r a selección , cuand o c ua lquie r a de lo s de fe c t o s pue d a a pa re c e r .

El c il indr o neumátic o CN 2 deber á a c t iva rse , c ua nd o la bote ll a de svia -da previament e po r CN 1 se a e n bue n a lógica , re c upe ra ble , sie nd o re int ro -ducid a al c irc uit o d e e nva sa d o (C3 ).

Obténgans e la s func ione s lógica s d e activació n de lo s c il indros , e utilí -ces e si fue r e ne c e sa ri o algú n c a pt a do r a dic iona l pa r a la me jor a de l func io -namient o de l s ist e m a .

Suminist r o d e bot e l la s

co

C l

L1,S1D í

TI ,S2 • C

P1JÉ1.S3 • í

CN1 cz:

L2.T2.P2.E2.S4

CF2

C4

Puest o de

llenad o

Puest o de

taponad o

Puest o de precintad o y etiquetad o

• CF1

C 3

A reposició n

C 2

•

L3,T3,P3,E3.S5

•

CF3

A de se c h o

CN2

UPV-CFP

A embalaje Figura 2.11. Esquema del proceso de embotellamiento

63


Fot oe m isore s Fot ore c e pt ore s

C N 1 / C N 2

Figura 2.12. Baterías de células fotoeléctricas

2.5. Automatismos Secuenciales

Si la sa lid a de l a ut om a t ism o , en un inst a nt e de t e rm ina do , de pe nd e de la secuenc i a de va lore s de la s va r ia ble s de e nt ra d a de inst a nt e s ante riores , entonce s e st a m o s en e l c a s o ge ne ra l de sc r i t o po r la s do s e c ua c ione s lógi -ca s de actualizació n de la s sa l ida s y de l e st a d o int e rn o de sc r i t a s ante rior -mente . En est e c a so , e l s ist e m a deber á se r a na l iza d o segú n la lógic a se -cuenc ia l .

Lo s sist ema s de e st a na t ura le z a ha n de dispone r d e la c a pa c ida d de memoriza r y a lm a c e na r la se c ue nc i a d e e nt ra da s en form a de e st a d o in -t e rno .

Un sist e m a se c ue nc ia l , re a c c ion a a nt e se c ue nc ia s de e st a do s de e n -t rad a de un a maner a de t e rm ina da , a un sist e m a de e st e t ip o se le deno -m in a Autómat a Finito , ya qu e pose e un númer o f ini t o de e st a do s inte rnos .

Un sist em a se c ue nc ia l , pose e :

• Un conjunt o finit o E de 2 n e st a do s de e nt ra da , dond e la variabl e n represent a e l númer o de va ria ble s de e nt ra d a a l sist ema , d , e 2 , i ©n-

Un conjunt o finit o Q de 2 m estado s inte rno s sie nd o m el númer o de estado s inte rno s q 1 t q 2 , , q m .

Un conjunt o finit o S de 2 k estado s de sa lida , siend o k e l númer o de va riable s de sa lid a s 1 ( s 2 , s k .


Teniend o en cuent a la form a de obtenció n de la s va riable s de sa lid a esto s sistema s rec ibe n dist inta s denominac iones :

a) Autómata de Mealy:

La s sa lida s se obt iene n mediant e la combinació n de la s va riable s de entrad a y la s va riable s inte rnas .

N

SISTEMA COMBNACÍONA L

/

SISTEMA COMBINAOONA L

SISTEMA DE

MEMORIZACIÓN

-fAT

Figura 2.13. Autómata de Mealy

b) Autómata de Moore:

La s sa lida s se obt ie ne n dire c t a m e nt e de la s va ria ble s de estad o inte r no , o en c ua lquie r c a s o de pe nde n únicament e de éstas .

\ \ Sr

SISTEMA

MEMORIZACIÓN

Q T+AT

Figura 2.14. Autómata de Moore

UPV-CFP 65


Por ot r a pa rt e lo s c irc uit o s se c ue nc ia le s se c la si f ic a n e n

Asinc rono s

Síncronos .

Lo s c ircuit o s se c ue nc ia le s a s inc rono s so n a que l lo s e n lo s qu e la s va -riable s de e nt ra d a actúa n sobr e e l e st a d o int e rn o de l s is t e m a e n e l m ism o instant e en qu e pa sa n a un de t e rm ina d o e st a do , o c a m bia n d e e st a do . Para sistema s de c ont ro l d e re la t iv a se nc i l le z e st o s c i rc ui t o s pue de n se r adecuados , no así c ua nd o e x ist a n prob le m a s d e fenómeno s a le a t orios , difícilment e c ont rola ble s c ua nd o c a m bi a d e e st a d o más d e un a va r ia bl e de ent rad a o de e st a d o int e rn o simultáneamente .

Sr

\ MEMORIA

ASINCRONA

Q T+AT

m

Figura 2.15. Circuito secuencial

En est e últim o cas o result a n c onve nie nt e s lo s c irc ui t o s se c ue nc ia le s síncronos , en lo s qu e e l nive l lógic o o c a m bi o d e nive l lógic o d e la s va ria -ble s de ent rad a actúa sobr e su e st a d o sola m e nt e c ua nd o se produc e un flanc o de un a seña l de re loj .

La implementació n síncron a es c onve nie nt e ut i l iza rla , c ua nd o po r e jempl o el disposit iv o lógic o de cont ro l va a se r im ple m e nt a d o mediant e un a tarjet a consoladora , dond e la ex istenc i a de c ircuit o s int e gra do s de diversa s característica s tecnológica s hace n prevee r la aparició n de pro -w T c 3 S ? 6 s ! n < f o n ' s m o e n e l func ionamient o de éstos , de bido s a la s dis -S ^ d ! conmutació n presentes . La ide a consist e e n a jusfa r la t a l más le t J S , S t 6 m a 3 , a d e l a v e l o c i d a d de l disposit iv o e le m e n -

66 UPV-CFP


K 1 /

K

SISTEMA COMBÍNACJONA 1

K l /

Circuito generador d e Impúteos de reloj

i

3

+AT

Figura 2.16. Circuito secuencial síncrono

2.5.1. Diseñ o de automatismo s secuenciale s mediant e la Tabla de Fa-se s

Se guida m e nt e va m o s a int roduc i r e l métod o de la Tabl a de Fase s par a el diseñ o de un sist e m a automátic o se c ue nc ia l . Para e llo , y co n obje t o de ofrece r la c la r ida d qu e proporc ion a un a aplicació n práctica , lo haremo s a travé s de un e je m pl o de t e rm ina do .

El sist e m a e n cuestió n se t ra t a de disposit iv o de a rranqu e y parad a de un motor .

La s e spe c if ic a c ione s de diseñ o qu e se de se a n so n la s siguientes :

a) El m ot o r de b e a c c iona rs e m e dia nt e la activació n de un pulsado r A .

b) El m ot o r de b e pa ra rs e m e dia nt e la activació n de un pulsado r B.

c) La pulsació n re it e ra d a de A o B e n la situació n de march a o par o re spe c t iva m e nt e , no deberá va ria r par a nad a e l func ionamient o de l s ist e m a .

d) Se considerar á qu e no e x ist e posibil ida d de activació n simultá -ne a de a m bo s pulsa dore s .

llQperació n de diseño :

Construcció n de la t a bl a de fa se s , la cua l de b e posee r 2 n columnas , s 'e nd o n e l númer o t ot a l de e nt ra da s a l sist ema , además un a column a po r °ada un a de la s sa lida s de qu e dispong a e l sistema .

UPV-CFP 67


Para nuest r o caso :

Ent rada s : A y B -» n = 2

Sa lida s : L

Columna s adic iona le s = n° d e salida s

2" columna s n = n° d e ent rada s I

00 01 n 10 M

•

Tabla 2.20. Tabla de fases

2 a Fase de diseño :

Se establece n lo s estado s necesario s qu e se requie re n en e l sistema , teniend o en cuent a qu e éstos viene n const ituido s po r combinac ione s de ent rada s qu e t iene n com o consecuenc i a la activació n de un va lo r diferent e de la sa lida .

Lo s dife rente s estado s encont rado s se va n colocand o y numerand o en la casill a correspondient e a la combinació n de ent rada s qu e se considera , y colocand o e l respect iv o va lo r de la variabl e de sa lid a en la column a co -rrespondiente . El númer o de l estad o se anotar á rodeándol o de un círculo , co n obje t o de resa lta r dich o carácter .

68 UPV-CFP


A B 0 0 0 1 n 1 0

f T ) = A

f T ) = A

r r

•

\\

f

i)

i

L

0

1

0

1

Tabla 2.21. Tabla de fases, con los estados

3 a Fase de diseño :

Se colocará n la s t ransic ione s ent r e estado s y su ubicació n será en el cruc e de la fil a de l estad o orige n co n la column a de l estad o dest ino ; y la numeració n a coloca r será idéntic a a la de l estad o dest ino .

Tabla 2.22. Tabla de fases, con estados y transiciones

4

UPV-CFP 69

Robóttca y Automática

Además , se colocar á un guió n en aque lla s t ra nsic ione s qu e bie n po r imposibil ida d físic a de qu e ocurra n o po r e spe c if ic a c ione s de diseñ o no vaya n a produc irse .

Se proceder á a la operació n de fusiona r la s f i la s do s a dos , siguiend o e l c rite ri o de rea liza rl o co n aque lla s qu e se a n fusiona ble s ; est o es :

a) Bie n porqu e t e nga n t odo s lo s e st a do s y t ra nsic ione s idénticos .

b) Bie n po r qu e c ont e nga n guione s qu e actuarán , e n a use nc i a de igua lda d est ric t a , c om o e le m e nt o s "n o im port a " .

Para ha lla r e l númer o mínim o ne c e sa ri o d e va r ia ble s int e rna s se pro -ced e a reduc i r la t abl a de fa se s , de m od o qu e c a d a líne a d e la nue v a tabl a correspond a a un a combinació n dife re nt e d e la s va r ia ble s int e rna s .

Reglas de reducción:

Dos líneas de la t a bl a de fa se s so n re duc ible s s i e n a m ba s líneas , y en la s misma s c olum na s , a pa re c e n lo s m ism o s números , indic a nd o qu e la s t ransic ione s va n a da r luga r un m ism o e st a d o a pa rt i r d e c ua lquie r a de la s do s líneas ; o bie n s i en a lgun a de la s do s líneas , o e n la s dos , a pa re c e n guiones .

La reducció n de la t a bl a d e fa se s pe rm it e de t e rm ina r e l númer o míni -m o de va riable s inte rna s ne c e sa ria s .

El númer o mínim o de va ria ble s int e rna s e s n t a l que :

Tabla 2.23. Tabla de fases reducida

70 UPV-CFP

es di

fe

k n

e * t 0 4 ^

s ic |ént i

e n

nternas . 1

i b a s líneas,)

dicand o que; cualquier a de ; s dos , aparee?

e l número s


En nuest r o e jemplo , N 2 n 1 , en consecuenc i a solament e un a variabl e inte rn a se hac e necesa ri a pa r a la síntesi s de nuest r o pequeñ o automat ismo . Est a va riabl e inte rn a se añade a la t abl a de fusió n según la

h Tabl a 2 .23 .

4 - Fase d e diseño :

En est a fas e se proc e d e a de t e rm ina r lo s va lore s de la c olum n a de actualizació n de e st a d o Q J + A T , a pa rt i r de la t abl a de fase s de te rm inad a en la fas e ante rior .

La c olum n a de actualizació n de e st a d o se formará , colocand o lo s mismo s va lore s qu e en Q T en la s fi la s d e lo s e st a dos , y c a m bia d o en la s fila s de la s t ra nsic ione s .

Tabla 2.24. Fase de diseño

Fina lmente , se proc e d e po r K a rna ug h a la obtenció n de la s func ione s lógica s de la sa lid a S T y d e actualizació n de l e st a d o inte rn o Q J + A T r e s P e c _

t ivamente .

I q

a • b 0

a • b 0 0

a • b X X

a • b 1

Tabla 2.25. Tabla de Karnaugh para QT+AT

UPV-CFP 71

De form a qu e QT+AT = a + q.b

La expresió n de la sa lid a ST se obt ie ne : ST=q

q q

a • b 0 1

a • b 0 X

a • b X X

a • b X 1

Tabla 2.26. Tabla de Karnaugh para ST

2.6. Representación de los Automatismos

Dist into s orga nism o s de estandarizació n ha n de dic a d o su s esfue rzo s a establece r norma s de representació n d e lo s s is t e m a s eléctrico s y electró -nico s y po r e ll o lo s a ut om a t ism o s im ple m e nt a do s m e dia nt e e st a t e c nolo -gía.

Alguno s de éstos , IEC (I nt e rna t iona l Ele c t rot e c hnic a l Com ission) , NE-MA (Na t iona l Elec t rica l M a nufa c t ure s Assoc ia t ion ) en lo s EE.UU., DIN (Deutsch e Inst itu t für Normun ) en Ale m a nia , ha n e st a ble c id o norma s qu e cubre n lo s aspec to s norma t ivo s de representació n tecnológic a de lo s a u -toma t ismos .

La IEC (Comisió n Electrotécnic a I nt e rna c iona l : CEI ) e s , junt o co n la ISO (Inte rna t iona l Standa rd s Orga niza t ion) , e l sist e m a de estandarizació n no gube rnamenta l más important e a e sc a l a m undia l y qu e se oc up a espe -cíficament e de la s áreas de electrónic a y e le c t r ic ida d . No obst a nt e , pes e a lo s esfue rzo s de normalización , aun pe rsist e n norm a s específica s de re -presentació n de países po r su carácte r pione r o en la introducció n de la tecnología . Un e jempl o de estos , so n la s norm a s d e representació n NEMA, qu e pe rsiste n en la s norma s de representació n de lo s a ut om a t ism o s en los moderno s Autómata s Programable s I ndust ria les .

T od a funció n lógic a pued e se r representad a gráfic a y simbólicament e dependiend o de la tecnologí a ut ilizad a en su implementación . Dejand o

72 UPV-CFP

para un tem a poste rio r la representació n simbólic a nemotécnic a propi a de la lógic a programable , la representació n gráfic a de la lógic a cablead a pued e hacers e bie n a travé s de lo s diagrama s de contac tos , s i lo qu e se utiliz a es tecnologí a eléctrica , o bie n la representació n pued e hacers e a través de diagrama s de func ione s lógicas , s i lo qu e se ut iliz a es la t ecnolo -gía electrónica , de puerta s lógicas .

F U N C I O N complement o

1 Representació n 1 Normalizad a CEI

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1

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Representació n Standar d

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Representació n NEMA

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• h Representació n 1

DIN 40713-16

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1

^ _ J J W I • ' 1 J '

• ¡

• 1 *• 1 1 h 1 1 1 1 h ] 1 • • i 1 | 1

F P

Figura 2.17. Representación de funciones lógicas

2.6.1. Lógic a de contacto s

Se t ra t a de la representació n gráfic a de esquema s de automatismo s eléctricos , en lo s cua le s e l e lement o fundamenta l es e l interrupto r e lectro -magnétic o denominad o relé , junt o co n pulsadores , interruptore s y contacto -res cuy a representació n normalizad a se muestr a en la Fig . 2 .18.

Est e métod o de representació n ha tenid o profus a difusió n entr e los automaticista s eléctrico s en la époc a inmediat a anterior , dond e los disposi -tivo s de cont ro l automátic o ha n estad o basado s en armario s de relés.

Est e t ip o de representació n gráfic a se sigu e manteniend o ampliament e Por los fabricante s de disposit ivo s basado s en lógic a programada , procu -rand o de est a maner a sa lva r e l inconvenient e de tene r qu e forma r a perso -

UPV-CFP 73

bobática y Automática

a lt o nive l na l no expresament e informátic o en lengua je s e voluc iona do s d e Por ell o pasamo s a most ra r lo s e le m e nt o s funda m e nt a le s d e la lógic a de contac to s y la representació n mediant e e l c ua dr o de la Fig . 2 .1 9 .

FUNCIÓN L ICA

FUNCIONES LÓGICAS ESPECIALES

i

J

m :

. * • • r - M w .1-- -• • *

r >rV2

í -I

...<

• ' ' l l l tÉI •

Representació n de la puert a Or Exc lusiv a de do s e nt ra da s , la sa lid a va l e " 1 " si únicament e un a va ria bl e de la s do s va l e " 1 " .

Funció n lógic a igua ldad , t oda s la s ent rada s debe n coinc idi r en el mism o estad o par a qu e la funció n lógic a est e a "1".

Funció n lógic a dond e sólo m ent rada s debe n esta r a "1" par a qu e la sa lid a de la funció n esté a "1".

Funció n lógic a dond e la mayorí a de la s ent rada s (más de la m itad ) debe n esta r a "1" par a qu e la sa lid a de la funció n esté a "1".

Funció n lógic a um bra l : dond e un mínim o m de la s ent rada s debe n esta r a "1" par a qu e la sa lid a de la funció n esté a "1".

Funció n lógic a dond e un númer o pa r de la s ent rada s de be n esta r a "1" par a qu e la sa lid a de la funció n esté a "1".

Funció n lógic a dond e un númer o impa r de la s ent rada s debe n esta r a "1" par a qu e la sa lid a de la funció n esté a "V.

Figura 2.18. Elementos especiales de funciones lógicas

2.6.1.1. Elementos de Entrada

Lo s e lemento s de ent rad a puede n se r pulsadores , int e rruptores , cap -tadore s ta le s com o fina le s de carre ra , de tec tore s de prox im ida d , e t c . . Son lo s disposit ivo s físico s mediant e lo s cua les , e l a ut om a t ism o rea liz a la ob -servació n de la s variable s de ent rada . Por t anto , se deb e asoc ia r a dicho s e lemento s la s variable s de ent rad a de cuy a combinació n resultar á una funció n lógic a qu e activar á o no la sa lid a correspondient e

74 UPV-CFP


La s va riable s de ent rad a puede n se r c lasificada s como :

• V a ria bl e de ent rad a direc ta .

• V a ria bl e de e nt ra d a inve rsa .

La va ria bl e de e nt ra d a direc ta , da un 1 lógic o cuand o es ac t ivada . La variabl e de e nt ra d a inve rs a da un "0 " lógic o cuand o es ac t ivada . Se repre -sentar á pue s c om o un a va riabl e negada .

Según dond e se rea lic e la observació n en e l automa t ismo , la s va ria -ble s de e nt ra d a pue de n c la sif ic a rs e como :

• V a ria bl e d e e nt ra d a pura .

• V a r ia b le d e sa lid a re a l im e nt a da .

La va ria bl e d e e nt ra d a pur a provie n e de a c c ione s de mand o de l ope -rador , o bie n de la le c t ur a de lo s e le m e nt o s de e nt ra da . La va riabl e de sa l i -da rea limentad a provie n e d e la realimentació n de un a va riabl e de sa lid a y posterio r consideració n c om o va ria bl e de e nt ra da . Est o pued e t ene r luga r en a ut om a t ism o s qu e de ba n se r t ra t a do s segú n la lógic a secuenc ia l , sín-cron a o a sinc rona .

Figura 2.19. Variables de entrada y de salida

UPV-CFP 75

2.6.2. Elemento s de Salid a

Los elemento s de salid a deberá n se r asoc iado s a la s variable s de sa -lid a de la s func ione s lógicas . Cas i siempr e vendrá n implementado s física -ment e po r el c ircuit o de mand o de un relé o de un contac tor .

2.6.3. Asociació n de elemento s

Los diverso s e lementos , bie n se a norma lment e abie rto s o normal -ment e cerrados , puede n conec ta rs e de form a asoc iad a form a nd o diversa s funcione s lógica s bie n conoc ida s de la electrónic a digit a l .

2.6.4. Funció n lógic a O (+)

Se trat a de la conexió n en para le l o de dive rso s e le m e nt o s de ent rad a (Fig . 2.20.)

a

Y=a+b+c b

c

Figura 2.20. Conexión en paralelo

2.6.5. Funció n lógic a Y (•)

conexió n en seri e de dive rso s e lemento s de entrada .

a b c Y = a b c

IHhK

Figura 2.21. Conexión en serie

76 UPV-CFP

a s Plert, ctor

le 9d 0

s

a b i e r t 0

f o r m s o

al.


2.6.6. Funció n O lógic a d e func ione s Y

Correspond e a la conexió n en para le l o de do s o más rama s en seri e (Fig . z.¿¿.)

Q Y = ( a b c ) + ( d e f )

f O Figura 2.22. Conexió n en paralel o de varia s rama s en seri e

n e n t o s de 2 " 6 , 7 , F u n c i o n Y lógic a de funcione s O enír

l e n t o s de

Corre spond e a la conexió n e n se ri e de conjunto s de do s o más rama s en para le lo . (Fig . 2 .2 3 .)

o

b d

Y=(a+b)(c+d )

O Figura 2.23. Conexión en serie de varias ramas en paralelo

A part i r de la s func ione s básica s enumeradas , se puede n establece r combinac ione s e nt r e e lla s de dive rs a comple jidad .

2.6.8. Código s binario s

Lo s código s bina rio s so n sistema s de numeració n qu e únicament e ut iliza n do s símbolo s {0 , 1} y po r e ll o rec ibe n la denominació n de sistema s de número s en bas e 2. Est e sistem a se ha vist o e fica z desd e e l moment o qu e lo s mecanismo s de su implementació n rea l se basaba n en lo s estado s de saturació n o apagad o de un conjunt o de t ransistores , qu e const ituye n la bas e de func ionamient o de la electrónic a digita l y po r e ll o de lo s sistema s basado s en mic roprocesador , t a l com o e l Autómat a Programabl e Industria l .

UPV-CFP 77

Robótica y Automática _____

Otro s sistema s qu e se ut iliza n aunqu e en meno r gra d o so n e l sistem a oc ta l , bas e och o y e l sistem a hexadec ima l , bas e 16.

La form a de conta r en binari o se muest r a en laTabl a 2 .27 ., dond e a la derech a se muest r a e l númer o bina ri o y en la c olum n a de la izquie rd a se muestr a e l númer o dec ima l equiva lente . Obsérves e que , s i l im it amo s el valo r de l númer o binari o a l de su c olum n a c orre spondie nt e , su va lo r coinc i -de co n lo s sucesivo s va lore s result ante s de lo s va lore s c onse c ut ivo s de las potenc ia s de 2. De ahí su denominació n de sist e m a d e ba s e 2 .

Tabla 2.27.

Veamo s un e jempl o de cóm o c onve rt i r un númer o bina ri o fra c c iona ri o 1 1 1 0 .1 0 1 a su dec ima l equiva lente :

Tabla 2.27.

La sum a de la fil a dec ima l result a en e l númer o de c im a l equiva lent e 14 .625

78 UPV-CFP

o so n e l Análisis y síntesis de los Automatismos

Con poste riorida d al sistem a binari o na tura l aparec ie ro n ot ro s código s binario s espec ia les , par a rea liza r func ione s específica s en equipo s digit a -les . En lo s sistema s digit a le s se ut iliza n lo s c ircuito s codificadore s y deco -dificadore s par a pasa r de un códig o a ot ro .

e c u t i v o ""' C| U n o d e , 0 S c ó d i g o s m á s Apo r t a n t e s es e l dec ima l codificad o en bina -2 S d e l a 5 rio , BCD (bina ry-c ode d-de c im a l) , se t ra t a de un sistem a numéric o dec ima l ,

pero cad a un a de su s c ifra s pe rt enec iente s a la s unidades , decenas , e tc . , están representada s po r grupo s de cua t r o bit s en binario . Por e jempl o e l númer o de c im a l 352 , re pre se nt a d o e n BCD sería :

2 7 . , d o n q e

s i l i m i t a ^ * s u va lo r 5

fraccionari o

0.125

equiva |ent«

I De c im a l 3 5 2 I

[ B C D 0 0 1 1 0101 0 0 1 0

Tabla 2.29.

Otr o códig o ut i l iza d o e s e l códig o Gray . El códig o Gra y no es un códi -go t ip o BCD. En e st e código , c a d a a um e nt o en la cuent a vien e acompaña -do po r un sol o c a m bi o e n e l e st a d o de l bit . Véase laTabl a 2 .30 .

De c im a l 0 1 2 3 4 5 6

Bina ri o 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0

Códig o Gra y 0 0 0 0 0 0 0 1 0011 0 0 1 0 0110 0111 0101

Tabla 2.30

UPV-CFP 79


2.7. Dispositivos funcionales para la automatización Exist e tod o un conjunt o de disposit ivo s tecnológicos , electrónicos ,

eléctrico s neumático s a disposició n de lo s diseñadore s de automat ismo s qu e rea liza n un a seri e de operac ione s a la s qu e se recurr e mu y fre c ue n -tement e en e l func ionamient o de lo s a ut om a t ism os . Esta s func ione s so n la temporización , operac ione s de cuenta , emisió n de pulso s de inicializació n y parada , regist ro s de desplazamiento , memorizació n bina ria , e tc . Todo s esto s disposit ivo s sue le n tene r su e quiva le nt e en la s dist int a s tecnología s ut ilizada s en la automatización , c o n lo cua l pode m o s po r e je m plo , imple -menta r operac ione s de temporizació n m e dia nt e disposit ivo s electrónicos , eléctricos , neumáticos , hidráulicos , e t c . .

2.7.1. Dispositivo s multivibradores .

Existe n dist inta s c lases , c o n la s siguie nt e s de nom ina c ione s :

2.7.1.1. Multivibradorbiestable.

Est e es un disposit iv o cuy a sa lid a pue d e pe rm a ne c e r e n do s estado s c la rament e dife renc iado s de form a e st a ble . Est e t ip o d e disposit ivo s rec i -be n numerosa s de nom ina c ione s , básculas , m e m oria s bina ria s , fl ip-flops . Posee n do s ent rada s de nom ina da s Se t y Rese t : d e activació n y de sa c t iva -ción respec t ivamente . La sa lid a Q adoptar á un va lo r de t e rm ina d o siguien -do la tabl a de ve rda d qu e se m ue st r a e n la Fig . 2 .2 4 ., Fig . 2 .25 . y Fig . 2.26.

s

S U 1

R Q

1

*

Ü

pas o S R Q Q

• i F

R !

1 H L H L 2 L L H L 3 L H L H • :: 1 4 L L L H 5 H H L L

Q

Figura 2.24. Multivibrador RS (H) con puertas ÑOR

80 UPV-CFP

\

• «te f pas o S R Q • i i

Q

i

•

L L L H 2 H L L H 3 H H H L 4 H L H L 5 L H H H


g

1 8c

Q . . - b - - -

8C

Q

Figura 2.25. Multivibrador RS (L)

dos estad ;

posit ivo s rec is , flip-flo p y desactiv a

ado sigt i y Fig. 21

pas o S R Q Q

1 i L H L H 2 ! H H L H 3 H L H L 4 H H H L 5 L L H H

Q

R

Q

Figura 2.26. Multivibrador RS (L) con puertas NAND

2.7.1.2. Multivibrador monoestable.

La sa lid a d e est e disposit ivo , t ra s se r dispa rad o permanec e durant e un period o de t ie m p o de t e rm ina d o e n un a posició n rômanoc . a ^ de ésta a su posició n estable . De est a maner a est e disposit iv o K Aliza r par a la emisió n d e pulso s de estad o lógic o alt o o bajo , de determinada .

UPV-CFP 81

Figura 2.27. Multivibradores monoestables

2.7.1.3. Multivibrador estable.

Tambié n rec ibe n la denominació n de osc i la dore s pue st o qu e s u salid a no permanec e establ e en ningú n e st a do , e m it ie nd o t re ne s d e impulso s cuand o están ac t ivados . Sue le n ut i l iza rs e c om o e x c i t a dore s d e e nt ra da s de re loj , par a e l cont ro l de m ot ore s pas o a pa so , c ont a dore s digi t a le s , e t c .

mmmmmmmmmmmmmmmmmm

U U L

I I

I I

Figura 2.28. Generador de arranque automático.

i

< -I I : I

Figura 2.29.. Generador start /stop

2.7.2. Dispositivo s de temporización .

N um e rosa s ope ra c ione s de la s inst a la c ione s indust r ia le s están c ondi -c ionada s po r la duració n de un de t e rm ina d o pe riod o d e t ie m po . Para la

82 UPV-CFP


generació n de e st o s inte rva lo s de t iemp o se ut iliza n lo s t e m p o r i z a d o s Fundamenta lment e e x ist e n lo s temporizadore s al retard o y al inic i o (o arranque ) m ost ra do s e n Fig . 2 .30 y Fig . 2 .3 1 . El disposit iv o en cuestió n pose e un a seña l de inic i o dond e es aplicad a un flanc o de subid a de una variabl e boole a na . I gua lm e nt e pose e un a seña l de sa lid a cuy o estad o lógi -co se sitú a de la siguie nt e mane ra :

Si e l t e m poriza do r es a l re ta rdo , despué s de emit id a la señal de inic i o y t ranscurrid o e l pe riod o de t ie m p o de te rm inado , la seña l de sa lid a se colo -ca en e st a d o lógic o a lt o . Por e l cont ra ri o s i e l temporizado r es al inic io , la salid a pe rm a ne c e e n e st a d o lógic o a lt o durant e e l period o de temporiza -ción a just a do .

u

Entrad a

t i

Salid a

H

L

H

L I - - ' • t

Q

Figura 2.30. Elemento temporizador variable L/H

u A

Ent ra d a

Sa lid a

H

L

H

L +

• 2 • t

Q

Figura 2.31. Elemento temporizador variable H/L

2.7.3. Dispositivo s contadores .

Son disposit ivo s qu e se ut iliza n par a ^ i ^ ^ ^ Z ^ B ^ El de t ip o a sc e nde nt e , de sc e nde nt e o inc lus o ascenae n

83

UPV-CFP

va lo r de la cuent a se ac tua liz a c a d a ve z qu e un f la nc o de subid a se aplic a en un a de te rm inad a ent rad a de re lo j (CLK ) . La sa lid a de l disposit iv o se sitú a en estad o lógic o a lt o c ua nd o se a lc a nz a e l va lo r d e c ue nt a pre de fini -

do .

Figura 2.32. Dispositivo contador

Figura 2.33. Contador ascendente

2.7A. Dispositivo s de desplazamiento .

Su implementació n tecnológic a sue l e re a liza rs e m e dia nt e la conexió n en cascad a de diverso s disposit ivo s bie st a ble s (Fig . 2 .35 .) Tambié n deno -minado s regist ro s de desplazamiento , func iona n de spla za nd o un de te rmi -nad o va lo r lógic o a derech a o izquie rd a de la c a de na . Ent r e a lgun a de sus aplicac iones , sue le n ut ilizars e par a indica r e l pas o de un a determinad a piez a po r e l conjunt o de un a se ri e de e st a c ione s d e t ra ba j o dispue st a s en serie .

84 UPV-CFP

* " n i 6 í

13 d V


A B

T

Figura 2.34. Método de transferencia de un registro de desplazamiento

B1 B2 B3 -

co "O ra j

I c LLI

• í Lü

• t .

A

• i

• • • re "O

CO

« * * * • k# » • V r * » V kPk»« * + • * i • - • • - M * * i

Figura 2.35. Registro de desplazamiento con 3 biestables

2.7.5. Dispositivo s generadore s de impulso .

Esto s disposit ivo s gene ra n un a seña l de sa lid a impuls o direct o o in -verso , cuand o se le s aplic a un a seña l mantenid a a su ent rada . Un impuls o es una acció n de cort a duració n causad a po r e l cambi o de estad o de una variabl e binaria . La s figura s Fig 2 .36. y Fig . 2 .37. describe n lo s concepto s de impuls o direc t o e impuls o invers o respect ivamente .

a a

Figura 2.36. Generador de impulsos directos

UPV-CFP 85


Figura 2.37. Generador de impulsos inversos

Cuand o se necesit a em it i r un im puls o c o n un de t e rm ina d o re t a rd o res -pect o de la seña l de e nt ra d a qu e lo ha de ge ne ra r se utilizar á e l disposit iv o de impulsió n re ta rdada , cuy a representació n gráfic a y notació n vie n e dad a po r la Fig . 2 .38 .

Figura 2.38. Generador de impulsos retardado

2.7.6. Dispositivo s comparadores .

Son disposit ivo s qu e e m it e n un a seña l de e st a d o lógic o a lt o a su sa li -da , cuand o se cumpl e la condició n e st a ble c id a e nt r e do s va ria ble s a fec ta -da s po r lo s dist into s ope radore s relaciónale s < >, =, >, <

Figura 2.39. Elemento comparador con condición "mayor que"

86 UPV-CFP


2.7.7. De t e c t ore s de f la nc o .

Lo s de t e c t ore s de fla nc o so n disposit ivo s cuy a sa lid a cambi a de esta -do cuand o a su e nt ra d a se de tec t a un f la nc o de subid a o de ba jad a de una variabl e booleana .

El de t e c t o r ED f ig.1 -4 0 (a ) , de t e c t a f la nc o s de 0 -> 1 y de 1 -> 0. El detecto r EDN f ig . 1 -40 (b) , de t e c t a f la nc o s nega t ivo s de 1 -» 0 y e l EDP fig . 1-40(c ) de t e c t a f la nc o s posit ivo s de 0 -> 1 .

Figura 2.40. Detectores de flanco

Re sum e n :

El álgebr a boole a n a e s la he rra m ie nt a a de c ua d a par a e l análisi s y síntesi s de lo s a ut om a t ism o s se nc il lo s de carácte r combinac iona l y se -cuenc ia l .

La t abl a de ve rda d de un a ut om a t ism o es e l prime r pas o en e l diseñ o de un a ut om a t ism o c om bina c iona l .

La t abl a de K a rna ugh , pe rm it e la simplificació n de la s func ione s lógi -ca s booleanas , lo cua l pe rm it e un a reducció n conside rabl e de lo s coste s de lo s a ut om a t ism o s im ple m e nt a do s mediant e lógic a cableada , y un a op -timizació n en e l us o de lo s recurso s disponible s en lo s automat ismo s im -plementado s m e dia nt e lógic a progra m a da .

La tabl a de fa se s se ut iliz a par a e l diseñ o de sistema s automat izado s de carácte r se c ue nc ia l , pe r o su ut ilida d par a sistema s comple jo s es más qu e cuest ionable .

UPV-CFP 87

CAPÍ T U L O 3

SENSORES Y TRANSDUCTORES \

w m

3.1. Introducción.................................................... 91

3.2. Principios de transducción................................. 92

3.3. Clasificación de los transductores..................... 98

3.4. Calibración estática de los transductores......... 105

3.5. Transductores específicos................................. 108

3.6. Transductores de Temperatura........................ 110

3.7. Emisión a distancia de medidas de varia-bles de un proceso industrial........................... 115

3.8. El bus de campo (FieldbusJ....................»»»»»»-110 3.9. Buses Sensor-Actuador...............................»»»» 123

3.10. Buses especializados .......................»»»»»»»»• " 124

Sensores y Transductores

Obje t ivos :

• Describi r los concepto s preciso s de senso r y transductor .

• Describi r lo s parámetro s propio s de los transductores , que permi -tan una comparació n y selecció n adecuada .

• Conoce r el métod o de calibració n de un transductor .

• Conoce r distinto s tipo s de transductores .

• Describi r el concept o de transmisió n a distancia .

• Conoce r lo s concepto s de buse s de campo .

- Describi r las característica s de lo s transductore s inteligentes .

3.1. Introducción

Lo s t ra nsduc t ore s so n un o de lo s e le m e nt o s más importante s de l bu -cl e de c ont rol , pue st o qu e s u c om e t id o es la medició n de la s va riable s qu e inte rviene n e n e l proc e so .

Lo s e sfue rzo s de dic a do s a l análisi s y diseñ o de lo s sist ema s de c on -t ro l co n obje t o d e c onse gui r la s m e jore s pre st a c ione s en cuant o a precisió n resultará n baldíos , s i pa ra le la m e nt e no se ut il iza n pa r a la medició n de la s variable s a c ont rola r t ra nsduc t ore s de buen a c a lida d , ya qu e e l sistem a de cont ro l nunc a será m e jo r qu e lo s sist e m a s de percepció n ut ilizado s par a la medició n de la s va r ia ble s d e éstos .

Dos so n lo s a spe c t o s a t ra t a r po r e l inge nie r o de cont ro l en su análisis : po r un a pa rt e su s característica s estáticas , e spe c ia lm e nt e la precisió n co n qu e la s va ria ble s de l proc e s o so n m e dida s ; po r ot r a pa rt e su s característi -ca s dinámica s e n c ua nt o a l t ie m p o qu e pas a ante s de qu e e l va lo r fina l de la va riabl e m e did a pue d a c onside ra rs e e st a c iona rio ; y tambié n de qué t ip o es e l tránsit o a e s a situació n f ina l . Por t a nt o , c om o result a obvio , e l t ra ns -duc to r va a t e ne r inf lue nc i a e n e l orde n de l mode l o f ina l de l sistema .

3.1.1. Definicione s

Un se nso r es un disposit iv o qu e respond e a a lguna s propiedade s de t ip o eléctrico , mecánico , térmico , magnético , químic o e tc . , gene rand o un a

UPV-CFP 9 1


seña l eléctric a qu e pued e se r susc e pt ibl e de medición . N orm a m e nt e , la s señale s obtenida s a part i r de un se nso r so n d e pequeñ a m a gni t u d y ne c e -sita n se r t ra tada s c onve nie nt e m e nt e e n lo s a spe c t o s d e amplificació n y filt rad o princ ipa lmente .

Si a un e lement o senso r se le a djunt a un disposi t iv o d e a c ondic iona -mient o de la señal , entonce s se le de nom in a t ra nsduc t or .

Menció n apart e me rece n lo s de nom ina do s c a pt a dore s b ina r ios . Éstos no obt iene n a su sa lid a un va lo r proporc iona l d e la seña l d e sa l ida . Lo s captadore s binario s provoca n un c a m bi o d e e st a d o lógic o d e s u sa lida , cuand o e l va lo r de la ent rad a sobre pa s a un de t e rm ina d o va lo r um bra l .

Est e t ip o de disposit ivo s ha n ve nid o re c ib ie nd o d is t in t a s de nom ina c io -nes a part i r de l área tecnológic a c onc re t a d e aplicació n d e lo s m ism os , de ta l form a qu e comúnment e ha n re c ibid o d is t in t a s de nom ina c ione s ta le s como :

T ransmiso r

Detec to r

Célula

Galg a

Captado r

Sond a

3.2. Principios de transduccion

Lo s princ ipio s de t ra nsduc c io n so n e l funda m e nt o físic o sobr e e l cua l nr^ f !S^T V e r S Í Ó n d e u n a

m a 9 n i t u d físic a e n ot r a d ist int a . Ex ist e un a bl e f i ^ a n n f h

eSl°S' L ° S t r a n s d u < * > r e s pa r a de t e c t a r un a m ism a va ria -S e o ^ b 3 S a d 0 S e n P r i n «Pio s d e t ra nsduc c io n dife re nt e s . Seguidament e se t ra ta n a lguno s de e st o s pr inc ipio s

• Elemento s de t ransducc io n capac it iv a

92 UPV-CFP

Figura 3.1. Principios de transduccion capacitiva

• Elemento s de t ransducc io n induc t iva .

Lo s e le m e nt o s de t ransducc io n induct iv a convierte n un cambi o de la magnitu d en un c a m bi o de la autoinduc tanc i a de un devanad o único , pro -vocad o po r e l movim ient o de un núcle o ferromagnético .

bre el o*

Existe

sma varis-diferentes

' ATATATATáTáTA T

W7w A L

Figura 3.2. Principio de transduccion inductiva

• Elemento s de t ransducc io n re luc t iva .

Lo s e lemento s de t ransducc io n re luct iv a convierte n un cambi o magnitu d a medi r en un cambi o de tensió n c a . , debid o al cambi o reluctanci a de l cam in o magnétic o entr e do s o más devanados .

de la en la

UPV-CFP 93

t

i

Figura 3.3. Principio de transduccion reluctiva

a Elemento s de t ransducc io n electromagnética .

Los elemento s de t ransducc io n electromagnétic a c onvie rt e n un cambi o de la magnitu d a medi r en un a fue rz a e lec t romot ri z (tensió n de sa lida ) in -ducid a en un conductor , debid o a un cambi o en e l f luj o magnétic o en au-senci a de excitación .

Figura 3.4. Principio de transduccion electromagnética

• Elemento s de t ransduccio n piezoeléctrica .

Lo s elemento s de t ransducc io n piezoeléctric a convie rte n un cambi o en la magnitu d a medi r en un cambi o en la ca rg a electrostátic a (Q) o tensió n (E) generada s po r c ierto s materia le s cuand o se encuent ra n somet ido s a un esfuerz o mecánico .

UPV-CFP


AQ o

AE

Figura 3.5. Principios de transducción piezoeléctrica

• Ele m e nt o s d e transducció n re sist iva .

t e n un i de salida

gnético en i

Lo s e le m e nt o s d e transducció n re sist iv a c onvie rt e n un c a m bi o en la magnit u d a m e di r e n u n c a m bi o e n la re sist e nc i a de bid o a dive rso s medios , ta le s c om o c a le n t a m ie nt o , e nfr ia m ie nt o , e sfue rz o mecánico , humidificació n de sa le s electrolíticas , m ov im ie nt o s e n e l bra z o d e la escobil l a de un re os -ta to .

E

A R A R

TTfmmrm?

-

A R

AR

LAAÁAAt O 0 0

o O 0 0 *

0 0 O c O 0 0 O

o o ó d o o o o

F/gur a 3.6. Principios de transducción resistiva

UPV-CFP 95

• Elemento s de transducció n po r ga lga s extensométricas .

Lo s e lemento s de transducció n po r ga lga s extensométrica s convierte n un cambi o en la magnitu d a medi r en un cambi o de re sist e nc i a debid o a

Figura 3.7. Puente de Wheatstone mediante galgas extensométricas

• Elemento s de transducció n fotovoltáica .

cambi o magnitu d a medi r en un cambi o en la tensió n ge ne ra d a c ua nd o la ilumina -ción incident e sobr e una unió n ent r e c ie rto s ma te ria le s cambia .

Luz AE

9 6

Figura 3.8. Principio de transducción fotovoltáica

UPV-CFP


é Elemento s de transducció n termoeléctrica .

Los e lemento s de transducció n termoeléctric a convie rte n un cambi o en la magnitu d a medi r en un cambi o en la fue rz a e lec t romot ri z (fem ) ge -nerad a po r la dife re nc i a de t empe ra tura s ex istent e ent r e la s unione s de dos materia le s dist int o s (e fec t o Seebeck ) .

T1

Figura 3.9. Principio de transducción termoeléctrica

• Elemento s de transducció n po r ionización .

Los e lemento s de transducció n po r ionizació n convierte n un cambi o en la magnitu d a medi r en un cambi o en la corrient e de ionización , e jerc id a sobr e un ga s ent r e do s e lec t rodos .

0 4>

9 é *

0 ó o o

r 6 •

• 6 0 0 0

. . . » * * * . • . . . • * « • • • . V é

6

i

o * 6 o

* 6 6 4

» 6

* » * / i * * o

ó

0 * AE

Ex

Figura 3.10. Principio de transducción por ionización

En suma , lo s princ ipio s de transducción , so n lo s princ ipio s básico s de funcionamient o de un a gra n dive rsida d de t ransduc tore s diferentes . Para la

UPV-CFP 97

lobótica y Automática

detecció n de un a mism a variabl e físic a puede n ut ilizars e t ransductore s basado s en princ ipio s de transducció n dife rentes . En la Figur a 3 .11, pued e observars e la utilizació n de princ ipio s de transducció n dist into s par a la de -tecció n de la presión .

MUELLE DE REFERENCIA

CAMARA DE FUELLE

í J

PUENTE DE WHEAT5TON E

POTENCIOMETRO LINEAL

PATÍN

BOBINA (CORTE)

NUCLEO

CAMARA DE FUELLE

AMPLIFICADO R

FLUIDO A PRESION FLUIDO A PRESION

MUELLE DL REFERE'IO«

CRISTAL DE CUARZO

- 77

DIAFRAGMA ¡ ^ M L v , . , . , . . . . , . , má

,:4

v

S v 5 v - v . '

.v.

AMPLIFICADOR

FLUIDOA PRESION

Figura 3.11. Transductores de presión

3.3. Clasificación de los transductores

Lo s t ra nsduc t ore s pue de n c la sif ic a rs e t e nie nd o en c ue nt a va rio s crit e nos :

• Según la seña l de sa lid a

• Analógicos . • Digit a le s .

• Según su relació n e nt ra da /sa l ida (FDT ) :

• Orde n c e ro . • Orde n uno . • Orde n do s

98 UPV-CFP


• Según e l aport e de energía . • Moduladore s o ac t ivos . • Ge ne ra dore s o pasivo s

+ Según e l mod o de func iona m ie nt o : • Deflexión . • Comparación .

3.3.1. Característica s de lo s transductore s

• Característica s eléctrica s de diseño .

• Característica s mecánica s de diseño .

• Característica s de actuación .

• Característica s estáticas .

• Precisió n (Ac c ura c y )

• No l ine a l ida d

• Histéresi s

• Re pe t ibi l ida d

• De riv a térmic a de c e ro .

• De riv a térmic a a fond o e sc a l a

• Ra ng o

• Resolució n

• Característica s dinámicas . • T ra nsduc t o r d e orde n c e ro . • T ra nsduc t o r d e orde n uno .

• T ra nsduc t o r d e orde n dos .

3.3.11 Características estáticas

Desc ribe n la actuació n e n una s c ondic ione s ambienta les , co n cambio s muy lento s de la m a gnit u d a m e di r y e n a use nc i a de golpes , vibrac ione s o ace le rac iones .

• Precisión :

Es un e rro r c om bina d o e x pre sa d o en % fond o esca la , qu e pued e clui r dife rente s término s según catálogo s de dife rente s fabricantes .

UPV-CFP 99


La representació n de la e x a c t i t u d de un t ra nsduc t o r pue d e re a liza rs e en va lore s porcentua le s re spe c t o de l fond o e sc a l a (FSO) o re spe c t o de l va lo r exac t o (reading) .

El cálcul o pued e rea liza rs e m e dia nt e la construcció n d e un a t a bl a co n e l regist r o de calibració n dond e se situará n re spe c t iva m e nt e lo s va lore s exac to s (Ve), rea l (V r) , la dife re nc i a V e -V r , % FSO y % re a d in g

donde :

La precisión(%FSO) ¡ = 100.(Ve¡-Vn) / f e o

La precisión(%reading ) = 100.(Ve rVr¡) A/e¡

En oc a sione s tambié n s e e x pre s a c om o e l va lo r m e di o cuadrátic o de lo s e rrore s de :

• No l ine a l ida d .

• Histéresis .

• Re pe t ibi l ida d

• Deriv a térmic a d e c e ro .

• Deriv a térmic a d e fond o e sc a la . •

• No linealidad :

Es la máxim a desviació n d e la c urv a característic a e n s u t ra m o a sc e n -dent e o descendente , re spe c t o d e la líne a re c t a qu e un e lo s punt o s "cero " y "fond o esca la" , e x pre sa d o e n % de l va lo r a fond o e sc a la , s ie m pr e qu e e l "cero " se hay a hech o c oinc idi r c o n e l or ige n d e c oorde na da s .

MAGNITUD FISICA

Figura 3.12. Característica de linealidad

100 UPV-CFP

' r e a l i í a .

3 tabj 0 5 «¿i

O rá t i c o de


• Histéresis :

Es la máxim a dife renc i a ent r e la s sa lida s de seña l correspondiente s a un punt o de la s m a gnit ude s c rec iente s y dec rec iente s ent r e "cero " y "fond o escala " e x pre sa d a e n % de l va lo r fond o esca la .

Fond o d e Esca l a

Ra ng o d e M e d i d a

MAGNITUD FISICA

Figura 3.13. Característica de histéresis

n o aseen-t o s "cero " Dre qu e el

• Repetibilidad :

Es la cua lida d de un t ransduc to r de reproduc i r la s misma s lectura s de salid a cuand o un mism o va lo r a medi r es aplicad o consecut ivamente , baj o las misma s condic ione s y en la mism a dirección . Se expres a en valo r cua -drátic o medi o de la dife renc i a ent r e lec turas , o com o e l dobl e de l valo r cuadrátic o medi o de la s desviac ione s de lec tur a respect o al valo r de las mismas .

F o n d o d e Esc a l a

5

L U

< a

REPETIBILIDAD

MAGNITU D FISICA

Figura 3.14. Característica de repetibilidad

UPV-CFP 1 0 1

)Ó tica y Automática

• Deriv a térmic a de c e ro :

El erro r de "deriv a de cero " será la mayo r sa lid a qu e se obt e ng a a lo la rg o de tod o e l rang o de operación .

6

O L L I

L U

á

TEMPERATURA

o C

Figura 3.15. Característica de deriva térmica de cero

• Deriv a térmic a a f o n d o e sc a la :

Es un e rro r análog o a l d e de riv a d e c e ro , pe r o c ua nd o es a plic a d o el máxim o va lo r de c a rg a e spe c i f ic a d o c o n ra ng o fond o d e e sc a la .

TEMPERATURA

o C

Figura 3.16. Característica de deriva térmica a fondo escala

102 UPV-CFP


+ Resolución :

$ e denom in a resolució n a l cambi o más pequeñ o a la ent rad a de l t ransducto r qu e provocar á un cambi o a la sa lid a de l m ismo . Se expres a en valore s porc e nt ua le s de l fond o esca la . Est a característic a es convenient e conocerl a en a que llo s t ra nsduc t ore s en lo s qu e la magnitu d varía c ont i -nuament e de nt r o de l rang o pe r o cuy a sa lid a no aparec e perfec tament e lisa , sin o co n pequeño s e sc a lone s . Est e fenómen o es característic o de lo s t ransduc tore s potenciométrico s bobinados , en lo s qu e la sa lid a aparec e esca lonad a de bid o a l de spla za m ie nt o de la escobill a ent r e espira s c onse -cut ivas . Cua nd o lo s e sc a lone s no so n medible s en la sa lid a de l t ransduc tor -se dic e qu e dispon e de resolució n cont inua . Tambié n su conoc im ient o re -sult a c onve nie nt e e n lo s t ra nsduc t ore s co n sa lid a digit a l , en lo s qu e la re -solució n vie n e da d a po r e l númer o de bit s de la pa labr a de da tos . En e l cas o de lo s t ra nsduc t ore s increméntale s de sa lid a digit a l vien e dad a po r el númer o de indic a c ione s d e nive l a lt o obt e nid o po r unida d de longitu d o ángul o de revolución .

• C o n t a d o r

Figura 3.17. Transductor incremental

• Rango :

El rang o de un t ra nsduc t o r se de fin e com o lo s límite s superio r e ii rior de ' lo s va lore s de la magnit u d físic a correspondiente , suscept ibl e medición .

UPV-CFP 103


El rang o pued e ser :

• Unidirecc ional : de 0 a 50 cm .

• Bidirecc ional :

• Simétrico : ±90°

• Asimétrico:-1 0 a 50 gr .

I • Desplazado : 4 0 0 a 800 rad./s

• Am pl i t u d de medició n

Se denomin a amplitu d de medició n de un t ransduc tor , a la diferenci a algebraic a de lo s límite s de l rango . Por e jemplo : la amplit u d de medició n de un t ransducto r de ±90° es de 180°

• Sobre ra ngo :

Tambié n denominad o medid a máxima , es la máxim a magnit u d de la medid a qu e se pued e aplica r provocándol e un c a m bi o e n su s prestac ione s dentr o de una s de te rm inada s t ole ranc ias . En est e c a s o se espec ific a un t iemp o de recuperació n de te rm inado .

3.3.1.2. Características de fiabilidad

Baj o est e concept o se conside ra n la s característica s re lac ionada s con la vid a úti l de un t ransduc tor , así c om o la s característica s qu e puede n oca -siona r e fec to s adverso s en e l sist em a en qu e e l t ra nsduc t o r está instalad o cuand o éste fa ll a de un a maner a específica .

La vid a opera t iv a de l t ransduc tor , pued e e x pre sa rs e de do s maneras :

• V id a Opera t iva :

Se ent iend e com o e l mínim o laps o e spe c if ic a d o en e l qu e el t ransduc to r operará , cont inuament e o sobr e un númer o de ciclo s espec ificado , si n cambio s en su s característica s de nt r o de una s tole ranc ia s espec ificadas .

104 UPV-CFP


Vid a de Cic lo :

Se e nt ie nd e com o e l númer o mínim o espec ificad o de excursio -ne s d e rang o c om ple t o o parc ia l espec ificado , sobr e la s qu e el t ra nsduc t o r operar á si n cambio s en su s prestac ione s dent r o de una s t ole ra nc ia s espec if icadas .

3,4. Calibración estática de los transductores

La calibració n estátic a es un tes t durant e e l cua l se aplic a una magni -tu d de va lo r conoc id o a l t ransduc to r y se regist r a la salid a correspondiente . Est a operació n se deb e rea liza r de form a re iterad a en tod o el rang o de actuació n de l t ransduc tor , t omand o va lore s equidistante s de su entrad a y mediant e la utilizació n de un e lement o de medid a de mayo r precisió n qu e el propi o t ransduc tor , rea liza r e l regist r o de l conjunt o de salida s correspon -diente s a la s e nt ra da s se lecc ionadas . Dich o regist r o rec ib e e l nombr e de :

Regist r o de Calibración :

Es la t abl a re sult a nt e de pare s de va lore s de la realizació n de l tes t Por ot r a pa rt e rec ib e e l nombr e de :

Curv a de Calibración :

La representació n gráfic a xy de l resultad o de l test .

En su s catálogos , lo s fa bric a nt e s sue le n ofrece r da to s sobr e la s carac te -rística s de su s produc t os . En éstos se inc luye n genera lment e carac te -rística s estática s y dinámica s de lo s t ransduc tores . No obstante , co n mayo r fre c ue nc i a de la de se a d a se intent a presenta r mejore s carac te -rística s de la s qu e se pue de n encont ra r rea lmente . Por tanto , par a evita r inconveniente s de riva do s de la fa lt a de conoc im ient o de l comporta -mient o rea l d e un de t e rm ina d o t ransduc tor , es aconse jabl e aborda r la calibració n específic a de l disposit iv o qu e se vay a a ut ilizar .

A part i r de la curv a de calibració n e l obje t iv o será obtene r un model o l i -nea l a prox im a d o de la respuest a de l t ransduc tor . El procedimient o con -sist e en a justa r un a rec t a ent r e la s curva s de l regist r o de calibración . La precisió n de la respuest a linea lizad a de l t ransduc to r depender á de l gra -do de a just e de la line a teóric a a la s curva s de regist ro .

Para lleva r a cab o e l a just e se puede n ut iliza r dife rente s métodos :

UPV-CFP 105

tobótica y Automática

3 .4 .1 . Linealizació n po r pun t o f ina l

Se rea liz a t ra za nd o un a línea rec t a qu e pas e po r lo s punto s inic ia l y I I * I * 9

f ina l de la curv a de calibración .

Fond o de esca l a

Magnit ud^c rec ient e

Ra ng o de m e did a •

M AGN I T U D FISICA

Figura 3.18. Linealización por punto final

3.4.2. Linealizació n por línea independient e

Se rea liz a t ra za nd o e n prim e r luga r do s re c t a s pa ra le la s qu e conten -ga n a la curv a d e calibració n y t ra za nd o post e r iorm e nt e un a nuev a rect a just o a medi a dist a nc i a e nt r e lo s do s pr im e ra s .

Fond o d e e sc a l a

< o

o UJ LU <

<

Ra ng o d e m e did a

M AGN I T U D FÍSICA

Figura 3.19. Linealización por linea independiente

106 UPV-CFP


3 4.3. Linealizació n por mínimo s cuadrado s

La linea lida d po r mínimo s cuadrado s asegur a qu e en la línea rect a obtenid a la s distanc ia s de e rro r so n menore s o mínimas .

Fond o de escal a

R a n g o d e m e d i d a

MAGNITU D FÍSICA

Figura 3.20. Linealización por mínimos cuadrados

Siend o la ecuació n de la rec ta :

y = b + mx

donde :

nes:

x = va lore s de la ent rad a y = va lore s de la sa lid a m = pendient e de la rec t a 6 = va lo r de intercepció n de n = númer o de punto s

Los parámetro s b y m se ca lcula n mediant e la s siguiente s expresio -

m * I > 2 ) - ( 2 » 2

n n

UPV-CFP 107


3.5. Transductores específicos

Lo s t ransduc tore s puede n c lasif ica rs e a tendiend o a c rit e rio s de su fun-ción de transferencia (FDT). Desd e e l punt o de vist a de cont ro l interes a su FDT; y cóm o contribuir á ésta a la FDT t ot a l de l sist ema . En est e sentid o un a clasificació n vien e dad a po r lo qu e se de nom in a tipo de t ransduc tor .

Un t ra nsduc t o r se dic e qu e es de t ip o 0, s i su FDT es de la forma :

y(t) = kx(t)

t

Figura 3.21. Respuesta de un transductor de tipo 0

Un t ra nsduc t o r se dic e qu e e s de t ip o 1 , s i s u FDT es d e la form a :

a i dy(f)

dt + a0y(t) = bu(t)

u(s)

k

TS + 1

108 UPV-CFP


Donde la representació n gráfic a es

v

100°/

63%

t


Dond e lo s parámetro s a t e ne r en c ue nt a so n

Const a nt e de t ie m p o

T ie m p o de re t a rd o

T ie m p o de e st a ble c im ie nt o

Un t ra nsduc t o r se dic e qu e es d e t ip o 2 s i su sa lid a está re lac ionad a con su ent rad a m e dia nt e un a ecuació n de l t ipo :

d a

dt y (r) + a

d

dt y {t) + a0 y (t) = b0 u ( f )

y ( s )

U ( S ) S 2 +2 ¿; W n S + w n

UPV-CFP 1 0 9

' Robótica y Automática


3.6. Transductores de Temperatura

Una de la s va r ia ble s susc e pt ibl e de medició n más comune s en los proceso s indust r ia le s es la t e m pe ra t ura . A t a l e fe c t o se ut il iza n lo s termisto -res , de t e c t ore s de t e m pe ra t ur a re sist ivos , t e rm opa re s y c ircuit o s integrado s específicos .

3.6.1. Termistores .

El t e rm ist o r es un se nso r qu e c a m bi a su resistenc i a co n la temperatu -ra . Su fabricació n se rea liz a ut i l iza nd o c om o ma te ria l de bas e un a mezcl a cerámica . Tambié n se fa bric a n c o n óxido s de ma te ria le s semiconductore s inc lus o de óxido s de hie rro , c obre , m a nga ne s o níque l y ot ros . Su form a ex te rn a de disco , got a , ba rra , c hip , e t c . , se adapt a a la s dife rente s y posi -ble s aplicac iones .

Su característic a más im port a nt e es su coe fic ient e de temperatur a (TC), e l cua l expres a e l cambi o en la resistenc i a de l t e rm isto r dad o un ran -go de t e m pe ra t ur a de te rm inado . El coe fic ient e de tempera tur a es negativ o y su expresió n matemátic a es :

TCÂR/R

AT

110 UPV-CFP


AR/R se expres a ge ne ra lm e nt e c om o un porcentaje , o e n pa rt e s po r milló n (ppm ) .

La c orr ie nt e ut i l iza d a e n la m e did a de la resistenc i a de b e se r lo suf i -c ientement e pequeñ a pa r a qu e no c a us e un a disipació n de potenc i a signi -ficante , lo c ua l generarí a e rrore s e n la m e dida .

En oc a sione s lo s fa br ic a nt e s e spe c i f ic a n un va lo r de un a c onst a nt e de l materia l /?, la c ua l está re la c iona d a c o n la curv a de t e m pe ra t ur a de la re -sistenci a m ost ra d a e n la Fig . 3 .2 4 . d e form a que , s i e l va lo r de dic h a c ons -tant e es c onoc ido , e l va lo r f ina l d e la re sist e nc i a R2, a c ua lquie r t e m pe ra t u -ra T2, pued e c a lc u la rs e m e dia nt e la expresión :

R 2

R e /?[(l/7'l)-(l/7'2 )

1

es en los i termisto -ntegrado s

m p e r # mezcla

duc t o r forfl 12

y P° s i'

i a n Su es

ÍN

a:

03 O

a>

O

a:

100 f=

3 0 =

10

3 .0

1.0

0 .3

0 .1

0 .03

80 100 120 140

Tempera tura , T (°C) •

Figura 3.24. Curva de temperatura de la resistencia

D B fa br ic a nt e ge ne ra lm e nt e e spe c i f ic a e n la hoj a de da to s e l va lo r de K 1 a la t e m pe ra t ur a d e re fe re nc i a T 1 , norm a lm e nt e 2b u

UPV-CFP 111


Cuand o se ut iliz a e l t e rm ist o r par a la detecció n de t e m pe ra t ura , es necesari o convert i r e l cambi o de su resistenc i a en un a variació n de la caí-da de tensió n qu e en éste se produce . Para est e c om e t id o sue l e ut ilizars e un puent e de Whe a t st on e junt o co n un a m plif ic a do r ope ra c iona l .

3.6.2. Detectore s de temperatur a resistivo s (RTD).

El princ ipi o de func iona m ie nt o de lo s RTD se bas a e n qu e t odo s los meta le s manifiesta n un c a m bi o posit iv o en su re sist e nc i a de bid o a un cam -bi o posit iv o de la t e m pe ra t ura .

El pla t in o se ut iliz a pa r a s u construcció n de bid o a l bue n comporta -mient o y estabil ida d qu e m a nif ie st a a a lt a s t e m pe ra t ura s . Est e m e t a l se ha demost rad o com o e l más a de c ua d o c om o e le m e nt o prim a ri o e n la cons -trucció n de termómetro s de a lt a precisió n d e carácte r re sist ivo . El cobr e tambié n se ut iliz a oc a siona lm e nt e c om o e le m e nt o RT D de bid o a su bajo cost e y su c om port a m ie nt o l inea l , pe r o de bid o a su ba j a re sist ivida d oblig a a la construcció n de sonda s de m a yo r longit u d qu e lo s ba sa do s e n pla t ino .

Lo s de tec tore s de t e m pe ra t ur a más c om une s se c onst ruye n de plat in o y níquel .

3.6.3. Termopares .

En cont rast e co n lo s sensore s de t e m pe ra t ur a re sist ivos , e l termopa r es un senso r qu e convie rt e dire c t a m e nt e un c a m bi o de t e m pe ra t ur a en un cambi o de tensión . El t e rm opa r básicament e está c onst it uid o po r la unión de do s materia le s dife rentes . Est e t ip o de senso r muest r a bue n comporta -mient o en un ampli o rang o de t e m pe ra t ura s . Lo s t ie m po s de respuest a de l te rmopa r so n de l orde n de m ilisegundos , lo cua l es un a venta j a desd e el punt o de vist a de la aplicación . Asim ism o , su monta j e pued e resulta r re lat i -vament e senc illo .

En lo qu e respect a a lo s dive rso s sensore s y t ransduc tore s de tempe -ratur a ex istentes , lo s te rmopare s dispone n de un a sa lid a de mu y baja se -ñal co n el inconvenient e de l carácte r no linea l de la variació n de su salid a respect o de la tempera tura . Es prec is o la aplicació n de técnica s adiciona -le s de linealizació n s i se requier e su us o par a aplicac ione s de contro l de procesos .

112 UPV-CFP

\

% I ' &

tod

un caí


Lo s RTD ut il iza n la variació n de la resistenc i a de c ie rto s ma te ria le s cuand o va n a la t e m pe ra t ura . No obst a nt e dich a variació n es mu y pequeña . Por ot r a pa rt e la sa lid a de lo s t e rm ist ore s es bastant e no linea l .

Para c a d a un o d e lo s t ra nsduc t ore s m e nc iona dos , se hac e necesari o dotarlo s de circuiterí a a dic iona l pa r a c onse gui r su respuest a linea l , pero , con todo , s u re spue st a no sie m pr e se m a nt ie n e e n márgene s aceptable s de linea lidad . Una a lt e rna t iv a ra zona bl e c ua nd o se de se a linea lida d y acondic ionam ient o a de c ua d o de la seña l de sa lida , es la utilizació n de c ir -cuito s int e gra do s d e aplicació n específica .

comporía

etalse e n la cons . °- El cobr e ) a su ba : 'idad obliga en platino

i de pial:

3.6.3.1. Circuitos integrados como transductores de temperatura

El LM 3 3 5 of re c e un a sa l id a d e 10 m V /K . El LM 3 4 sum inist r a 10 m V /F El AD5 9 2 ofre c e un a sa l id a d e 1 uA/K .

El LM 3 3 5 e s u n diod o ze ne r se nsibl e a la t e m pe ra t ura . En la regió n de ruptura , s u sa l id a e s :

Vz \0mV

T

Recuérdes e qu e e x ist e t ot a l c orre sponde nc i a e nt r e gra do s Ke lvi n y centígrados , c o n sól o m a nt e ne r un offse t d e 273° de t a l form a que :

el termopf

atura e»

>or la *¡

i c o n i p 0

sultar i*

iv *

3

0°C = 273 K

Así la sa l id a de l LM 3 3 5 e s :

Vz = 2.73V + \0mV

K °C T

dond e T se e x pre s a e n gra do s centígrados .

Lo s ra ngo s disponible s de t e m pe ra t ur a so n lo s qu e se muest ra n en la siguient e t a bla .

LM13 5 LM 2 3 5 LM33 5

Ran -5 5 a +1 5 0 -4 0 a +125 -4 0 a +100

Uso M ilita r

I ndust ria l Com e rc ia l

i

UPV-CFP 1 1 3

(


3.6 .4. LM 35 : senso r de temperatur a de precisió n calibrad o en grado s centígrados .

El C.I . LM3 5 es un c irc uit o int e gra d o d e precisió n qu e actúa com o un se nso r de t e m pe ra t ur a c a l ibra d o dire c t a m e nt e e n gra do s centígrados . Su tensió n de sa lid a es linea l y proporc iona l a la e sc a l a c e lsiu s d e t e m pe ra t u -ra , po r t a nt o e l LM 3 5 pose e la ve nt a ja , f re nt e a lo s C.i . int e gra do s ca libra -do s en gra do s Ke lvin , de qu e no ne c e sit a sust ra e r un a tensió n constant e e levad a de su sa lid a pa r a a just a rs e a un a e sc a l a centígrada .

Com o ve nt a j a a dic iona l , e l LM 3 5 no re quie r e d e c irc uit o s adic iona le s par a su calibració n e x t e rn a c ua nd o s e de se a obt e ne r un a precisió n de l orde n de ±1/4 C° a t e m pe ra t ur a a m bie nt e , y ±3/4 C° e n un ra ng o de tempe -ra tur a de sd e 55 a 150C°.

La ba j a im pe da nc i a de sa l ida , s u sa l id a l ine a l y s u pre c is a calibració n inhe rent e ha c e posibl e un a fáci l instalació n e n un c irc uit o d e c ont rol .

Pued e ut i l iza rs e bie n c o n alimentació n sim pl e o m e dia nt e alimentació n posit iv a y ne ga t iva . De bid o a s u ba j a c orr ie nt e d e alimentació n (60 uA) , se produc e un e fe c t o d e a ut oc a le nt a m ie nt o re duc ido , m e no s d e 0 ,1 °C en situació n de a ir e e st a c iona rio . El LM 3 5 e st a diseñad o pa r a t ra ba ja r en un rang o de t e m pe ra t ur a de sd e - 5 5 ha st a 150 °C.

Generado r Simpl e Robust o Barat o Ampli a varieda d Ampli o rang o de temperatur a

El de mayo r estabilida d El de mayo r precisió n

linea l qu e el termopa r

No es linea l Baj a tensió n Se requier e referenci a El meno s establ e El meno s sensibl e

Caro Se requier e fuent e de corrient e Variació n de resistenci a pequeñ a Baj a resistenci a absolut a Se sobrecalient a

Termoresistenc i a

Gran amplitu d de salid a Rápid o Medid a resistiv a por do s cable s

E s no linea l Rang o de temperatur a limitad o Frági l Se requier e una fuent e de intensida d Se sobrecalient a

Senso r C

El de mayo r linealida d El de mayo r amplitu d de salid a El más barat o

- T < 200°C - Se requier e un a fuent e

de alimentació n - Lent o - Se sobrecalient a - Configuracione s limitada s

Figura 3.25. Tabla comparativa de los transductores de temperatura

114 UPV-CFp


3.7. Emisión a distancia de medidas de variables de un proceso industrial

En la década de 1940 la instrumentació n de proceso s cont ó co n se -ñales neumática s de presió n de 3-15 ps i par a su utilizació n en lo s disposi -t ivo s de c ont rol . Post e riorm e nt e se int roduj o la seña l analógic a estánda r de 4 -20 m A par a la instrumentación . A pesa r de est a norma , aún se ut ilizaro n vario s nive le s de señale s par a e l func iona m ie nt o de mucho s inst rumento s qu e no se diseñaro n ba j o la s e spe c if ic a c ione s de la s normas .

La s técnica s de medició n de la s va riable s en lo s proceso s indust ria le s t ip o punt o a punto , o en configuració n en est re ll a mediant e e l buc l e de corrient e 4 -2 0 m A sobr e c onduc t o r de cobr e de pa r t renzado , da ta n de mita d de la década de 1950, s i bie n su adopció n com o norm a inte rnac iona l (IEC 3 8 1 -1 ) se efectu ó en 1 9 7 1 .

Módul o Emisor/Receptor

Transductor

Figura 3.26. Estructura del bucle de comente

En num e rosa s oc a sione s , en lo s proc e so s indust ria le s basado s en a ut om a t ism o s o c ont ro l c ont inuo , e l disposit iv o de c ont rol , bie n se a un Au -tómat a Progra m a bl e o bie n se a un Re gula do r PID, se e nc ue nt r a ubicad o en zona s a le ja da s de l m ism o proc e s o po r qu e la s c ondic ione s de se guri -da d y bue n func iona m ie nt o de lo s último s así lo re quie re n . Por ot r a parte , mucho s de lo s t ra nsduc t ore s qu e se ut il iza n pa r a medi r la s va riable s de l proces o dispone n de tensió n a su sa lida . En e st a s c ondic ione s es conve -nient e c onve rt i r la sa lid a e n tensió n a un buc l e de c orrie nt e , ya qu e la c a -racterístic a re sist iv a de la línea y la caída de tensió n conside rabl e qu e pued e produc irs e en e ll a así lo a c onse ja .

En la m e did a po r c orrie nt e la m a gnit u d de ent rad a se convie rt e en un a corrient e c ont inu a proporc iona l . Est a c orrie nt e es enviad a po r e l hil o c on -ducto r y su e fe c t o se m id e en form a de caída de tensió n produc id a en un a resistenc i a de va lo r c onoc ido . Para evit a r dist orsione s de la señal , produc i -da s po r a c opla m ie nt o s induc t ivos , lo s c onduc t ore s de id a y re torn o se dis -

ÜPV-CFP 115

pone n en form a de pa r t re nza d o un o sobr e e l ot ro . Por ot r a pa rte , est e métod o se adoptó , ent r e ot ras , po r ra zone s de se gurida d , pue s un eventua l cortoc ircuit o de l buc l e de transmisió n no producirí a a rc o eléctrico .

El hech o de qu e e l buc l e de 4 a 2 0 mA . dispong a d e un "cero " act iv o pe rm it e disce rni r e nt r e la actuació n de l t ra nsduc t o r a s u mínim o va lo r de ent rad a y e nt r e la posibil ida d d e interrupció n físic a d e la línea de t ra nsm i -sión po r mot iv o de avería .

El c ircuit o int e gra d o X T R1 1 0 K P es un C.l . d e precisión , qu e se ut iliz a par a la conversió n de un a sa lid a e n tensió n e n buc le s d e c orr ie nt e de t ip o indust ria l .

+24 V t i 1 1

J i •

1

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4

13 l l t l t * • « • * * • * * • • * * f • w w • •

Vre f ¡n

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entrad a de 0 a 10 V

Vcc i 1 Sourc e R \

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Source ! 13

XTR110 5_ Vin 5 V

sens e

Gate 14 G S

Offse t Offse t Span adj.1 6 mA spa n Com Qext

6 R 1

1 0 0 kn /VYV

7 8 R2

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salid a de 4 a 20 mA /

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$ R3 i 49.9 kQ

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/

F/gur a 3.27. Esquema del circuito integrado XTR110KP

El inconvenient e de la transmisió n d e señale s y m e did a d e variable s mediant e e l buc l e de corrient e 4 -2 0 mA , e s qu e s u configuració n es punt o a punt o y unidire c c iona l . Por se r punt o a punt o , c a d a t ra nsduc t o r requier e de su propi o pa r de c onduc t ore s c o n e l c onsiguie nt e c ost o a dic iona l en el cableado . Por se r unidirecc iona l no es posibl e int e rroga r a l t ra nsduc t o r con obje t o de incorpora r nueva s func ione s d e a just e de parámetro s y diagnós -t ic o de fa llos .

116 UPV-CFP


,U P^Z » ^ l d ? d ° t a r d e c a P a c ¡ d a d de comunicació n digit a l a los disposit ivo s analógico s fu e e l protocol o HART (H ighw a y Addressabl e R e m o t e T ra nsduoe r ) de sa rrol la d a po r la empresa R^lT^íl este protocol o es posibl e t e ne r t od a la informació n sobr e un disposit iv o en el propi o disposit ivo , fa br ic a nt e , m ode lo , númer o de se rie , parámetro s de calibració n ra ng o d e m e dida , e t c . . La disposició n de la informació n re fe ri -da mejor a lo s proc e so s d e pue st a e n m a rc h a y m a nt e nim ie nt o poste rio r de los procesos . El prot oc ol o H AR T de carácte r digit a l pued e coex ist i r en un mism o pa r t re nza d o c o n señale s de t ip o analógic o y pe rm it e la conexió n de hast a 15 disposit ivo s e n un a conexió n en anill o m e dia nt e e l us o de t ra ns -misore s a de c ua dos .

Ac t ua lm e nt e e l de sa rrol l o d e la s rede s de c om unic a c ione s de área loca l de carácte r indust r ia l y, específicamente , e l de sa rroll o de l concept o de bu s de c a m po , ha c e posibl e la conexió n de lo s disposit ivo s de t ra ns -ducció n y actuació n a un únic o c onduc t o r c o n e l c onsiguie nt e ahorr o en lo s coste s de c a ble a do , ya qu e s e e vi t a n d e e st a m a ne r a la s configurac ione s en est re ll a qu e obl iga n a l us o d e un c onduc t o r pa r a c a d a un o de lo s dispo -sit ivo s a c one c t a r .

Efe c t iva m e nt e lo s c ost e s d e c a ble a d o pue de n se r reduc ido s de form a significa t iv a s i se e l im in a la ne c e sida d de e st a ble c e r un pa r de conduc tore s entr e cad a c ont rola do r y su s t ra nsduc t ore s y pre a c c iona dore s asoc iados .

En un a inic ia t iv a pione ra , la e m pre s a H one yw e l l propus o en 1975 una est ruc tur a dist r ibuid a e n s u sist e m a T DC 2 0 0 0 qu e se muest r a en la Fig . 3 .28.

Minicomputado r superviso r

LAN

Consola s Alarma s de operado r lógic a cablead a

Controladore s Autónomo s Locale s

I nterfa z Interfa z

PLANT A

Figura 3.28. Estructura distribuida adoptada por Honeywell en 1975

U pV -CFP 117


Posteriore s inic ia t iva s desarrollada s po r ot ra s empresa s (Fig . 3.29.) siguiero n reduc iend o consecuentement e lo s gasto s de cableado , al dispo -ne r la interconexió n de disposit ivo s loca lizado s en campo . En la actualida d se ha vist o confirmad a la tendenc i a en la reducció n de coste s de cablead o en e l desarroll o produc id o durant e lo s último s años , en e l desarroll o del equipamient o e instrumentació n par a la automatizació n y, sobr e todo , en la denominad a instrumentació n inte ligent e de campo , inte rconec tado s me-diant e buse s de camp o (fie ldbus) .

Estació n de t rabaj o Estació n

de t raba j o

•

f 1

i Computado r i de contro l 1 1

• L J _ _L •. _ _ ü . X BJ _L A BJ ^ • * L BBW _ • M W .*. J W É •

•

§

\

•

\ .

• I

: i <

Sistem a Superviso r

FB1 i i i i i d . i i i

FB2 •

i* "* —* - *-- » " r 1

•

a) Sensore s y ac tuadore s conectado s b ) Sensore s y ac tuadore s en estrell a mediant e caj a de unione s conec tado s po r sistem a fie ldbu s

Figura 3.29. Configuraciones con interconexión de dispositivos en campo

3.8. El bus de campo (Fieldbus)

A part i r de lo s años 6 0 -7 0 c om ie nza n a a pa re c e r lo s prim e ro s siste -ma s qu e emplea n m e c a nism o s sim ila re s a lo s qu e se c onoc e n com o re -des . En lo s años 80 se amplía e l us o de la s redes , int e rc one c t a nd o dist in -to s equipo s par a la implementació n de sist e m a s dist r ibuido s qu e cubre n grande s distanc ias . En lo s años 90 se m e jora n lo s m e dio s de interconexió n ent r e dist into s equipo s y la comunicació n digit a l c obr a gra n importanc ia .

Una re d de computadora s es un sist em a de c om unic a c ione s qu e co -nec t a sistema s t e rm ina les , de nom ina do s hosts . Esto s host s puede n ser, desd e pequeña s m ic rocomputadora s hast a la s gra nde s supercomputado -ras . Lo s host s puede n se r de propósit o ge ne ra l o sist e m a s dedicados , se -gún t e nga n o no capac ida d de inte rac tua r co n e l usua rio .

1 1 8 UPV-CFP


3.8.1. Clasificació n segú n extensió n de la red.

grupos : Según la extensió n geográfic a la s rede s se puede n c lasifica r en cuat r o

" d i í o ( K m a l A f e a N e t W ° r k ) C 0 n u n a d i s t a n c i a máxim a aprox imad a

M AN (M e t ropol i t a n Are a N e t w ork ) cuy a distanc i a lleg a a lo s 100 K m .

WAN (Wid e Are a N e t w ork ) c o n dist anc ia s supe riore s a lo s 100 K m .

V LAN (V e r y La rg e Are a N e t w ork ) dond e la s c om unic a c ione s se re a l iza n a travé s d e satélite .

Dent r o d e la s re de s d e c om put a dora s so n de e spe c ia l interé s la s Re-des de Áre a Loc a l (LAN : Loc a l Are a N e t w ork ) . Una re d de área loca l c o -nect a sist e m a s qu e s e e nc ue nt ra n próximo s e nt r e sí, norm a lm e nt e en e l mism o e dif ic i o y , a ve c e s , se pa ra do s uno s kilómetros . Más conc re tamente , se ent iend e po r un a LA N t od o sist e m a de t ra nsport e de informació n ent r e dist into s punt o s (e di f ic io , indust r ia , unive rsida d,.. . ) a travé s de un medi o común de comunicación . La s tecnología s más popula re s en e l ámbit o de la LAN so n Et he rne t y T ok e n Ring . La s LA N sue le n t ra ba ja r c o n a lta s ve loc i -dade s de transmisió n (a l re de do r d e 1 0 M bps) . No obstante , la s nueva s t e c -nologías , c om o FDDI (Fibe r Dist r ibut e d Da t a I nte rfaces) , pe rm it e n llega r a los 100 Mbps . Ca d a hos t d e un a LA N t ie n e algú n t ip o de ta rje t a com o in -terface s c o n e l qu e s e c one c t a a la re d .

WA N cuentra n e n c iuda de s o paíse s dist int os . La form a de t ra ba j o de esta s re -des sue l e ba sa rs e e n un a líne a d e teléfon o a lquilad a co n un a ve loc ida d que pued e osc i la r e nt r e lo s 9 6 0 0 bp s y 2 Mbps .

LA N v la s WA N — - «vi w i ~ / AI ^ y i a o v v / M i w . « w ~ w .

na o MAN , qu e c ubre n c iuda de s e nt e ra s y ope ra n a ve loc ida de s de t ra ns -

croondas . LA N

3-8.2. Clasificació n de lo s sistema s de comunicación .

Salv o e l ce l l bus , e l bu s de c a m p o es un a clasificació n par a práctica -ment e t odo s lo s buse s de la comunicació n indust ria l . Ent r e lo s dife rente s

U P V - C F P 119


buse s de camp o ha y variac ione s importante s en su s características . L 0 S

a lemane s comienza n su definició n co n do s c lases :

• Buse s de camp o rea l (Fie ldbus ) • Buse s de camp o a baj o nive l (Se nsor-Ak t or-Bus) , qu e aquí se

ent iend e com o un bu s se nsor-a c c iona dor .

Lo s mérito s de est a clasificació n están en de fini r do s categoría s prin -c ipa les , aunqu e ha y un a te rce ra , co n buse s de c a m p o e spe c ia le s ; éstos dedicado s princ ipa lment e a a plic a c ione s específicas .

3.8.2.1. Cellbus. /

Éste es e l punt o princ ipa l de c ua lquie r clasificació n d e la comunicació n indust ria l . De cua lquie r modo , Ce l l bu s no e s un bu s d e c a m po , po r lo que sólo se discutirá n a lguno s punt o s e se nc ia le s .

Uno de lo s buse s más popula re s e n e st a c a p a jerárquic a es MAP(Manufac turin g Aut om a t io n Prot oc ol) . U t i l iz a Et he rne t c om o medi o físico . Sus característica s más im port a nt e s so n e l pa s o de l m e nsa j e al ser-vido r de aplicac iones , y la definició n d e un a máquin a vir t ua l pa r a emula r cua lquie r género de máquina s y cóm o s e a c c e d e a e l la ; así fa c i l i t a la co-municació n ent r e un a máquin a rea l y ot ra .

3.8.2.2. Fie Id buses.

Fie ldbu s es un términ o genéric o qu e de sc r ib e una s nue va s comunica -c ione s digita le s de re de s de c om put a dora s qu e s e usar á e n la industri a reemplazand o la seña l estánda r analógic a 4 - 2 0 m A .

La re d está ba sa d a típicament e e n un a comunicació n digi t a l , bidirec -c iona l , bu s se rie , qu e se ut il iz a pa r a int e rc one c t a r d isposi t ivo s d e camp o de instrumentació n y de c ont rol , t a le s c om o c ont ro la dore s , t ra nsduc t ore s , ac-c ionadores . Cada disposit iv o de l c a m p o t ie n e un pode r d e computació n de ba j o cost e insta lad o en él.

Cada disposit iv o podr á proc e sa r una s func ione s s im ple s , e nt r e la s que se inc luye n : func ione s de diagnóstico , d e c ont rol , y func ione s de manteni -m ient o co n c a pa c ida d de comunicació n bidire c c iona l .

Co n e st o s disposit ivos , no sólo e l inge nie r o pue d e a c c e de r a lo s dis -posit ivo s d e c a m po , sin o qu e éstos tambié n será n c a pa c e s d e comunicar -se c o n ot ro s disposit ivo s de c a m po .

120 UPV-CFP

En esenc ia , f ie ldbu s reemola7 p «i i m a ¿ dist ribuido . Por est a r a ^ . ^ c S S S 1 " P CV n a re d d e

J . simpl e sustitució n de , estánda r « W d ^ K f f i - ^ X | a e f ^ c ^ costo s y aument a

lío de qu e la informació n qiS^'^ÍS S ? t ^ ^ d C ^ d e camp o pue d e se r re a izad a de form a digit a l . Est a transmisió^dig S es m u c h 0 ma s e x a c t a qu e la transmisió n analógic a estánda r 4-20mA * Cada disposit iv o d e c a m p o pue d e se r un e lement o inte ligent e y pued e lleva r a cabo su propi o c ont rol , m a nt e nim ie nt o y func ione s de diagnóstico .

Com o re sult a d o d e qu e se pue d e informa r s i ex ist e un fa ll o de l dispo -sitivo , de qu e re quie r e calibració n m a nua l , e tc . , aument a la e ficac i a de l sistem a y se ve n re duc ida s la s t a re a s de mantenim ient o necesarias .

Cada disposi t iv o de l c a m p o será más flex ibl e cuant o más pode r de computació n t e nga . U n sol o disposit iv o de l f ie lbu s se pued e usa r par a re -emplaza r va r io s d isposi t ivo s qu e ut i l ic e n comunicació n analógic a estándar , 4- 20mA .

Ot r o a horr o e n lo s c ost e s a l ut i l iza r f ie ldbu s es debid o a la instalació n eléctric a e instalació n ge ne ra l ; la seña l estánda r de 4 - 20m A requie r e qu e cada disposit iv o t e ng a f i j o s u propi o c a ble a d o y su s propia s conex iones .

Fie ldbu s e l im in a e st a ne c e sida d : c o n fre c ue nc i a únicament e se requie -ren un sim pl e pa r d e c a ble s pa r a la instalació n eléctrica .

En e st a categorí a s e a grupa n a que l lo s buse s qu e pe rm ite n la t ra ns -misió n de pa que t e s c o n tamaño s de e nt r e una s doc e na s de bit s , hast a 256 bytes . En e st a c a p a jerárquica , e l t ie m p o de re spue st a gene ra lment e va desd e uno s m i l ise gundos , ha st a uno s c e nt e na re s de m ilisegundos . Lo s buse s de c a m p o t ie ne n la t a re a d e c one c t a r unida de s inte ligente s qu e c o -opera n e n e l proc e s o de l t ra ba jo , y ha c e n posibl e re spue st a s en t iemp o más crític o qu e e n c a pa s más a lt a s de l m ode l o de la producció n integrada . Debid o a qu e lo s nodo s t ra ba ja n a l m ism o t ie m po , en la mayorí a de caso s un nod o c oordin a y d ist r ibuy e la s t a re a s . A m e nud o en lo s fie ldbu s se es -tablec e un a jerarquí a d e m a e st ro-e sc la vo : e l m a e st r o cont rol a la s opera -cione s y comunicació n po r re gist r o cíclic o de lo s esc lavo s qu e puede n comunica r sól o c ua nd o e l m a e st r o lo a ut oriza , e l im ina nd o de est a ror m cualquie r confusió n e n la re d , pue st o qu e e l prot oc ol o sol o a t W j q un únic o nod o t ra nsm i t a informació n e n t od o m om e nt o . E s ] f ^ J 0

U rd

ae t i e .

A t a n t e , tambié n pue d e l le ga r a t e ne r inc onve nie nt e s : s. e l d e

su func iona m ie nt o , t od o de j a d e t raba ja r . Por e llo , en lo s desarrollo s

UPV-CFP 121

Robot lea y Automática

buse s de camp o más rec ientes , ta l com o al Profibu s FMS y al nuev o Bitbu s (IEEE-1118), se le s ha dotad o de la capac ida d de cambia r e l pape l de maest r o a ot r o nodo , s i así se dese a o si el maest r o está inac t ivo .

TSX Premtu m TSX Pramiua*

Figura 3.30. Bus FIPWAY (cortesía Groupe Schneider)

Es posibl e tambié n cubri r un a porció n de la c a p a inm e dia t a m e nt e su -perio r co n un bu s de campo , a unqu e de un a m a ne r a l im it a da . Est o requie -re , de cualquie r modo , de un a estimació n e x a c t a de la c a nt ida d globa l de dato s qu e debe n via ja r en la red , pa r a evita r c a rga rl a e x c e siva m e nt e .

Además , la mayorí a de lo s buse s d e c a m p o pe rm it e n e l a c c e s o a re-curso s de la s capa s más ba jas , t a l c om o e nt ra da s/sa l ida s PLC. En est e cas o tambié n es important e a se gura r la suf ic ie nc i a de la c a pa c ida d de comunicació n de l sistema : la c a rg a de la re d de b e se r t a n re duc id a com o se a posible , par a permit i r un a reacció n rápid a a lo s c a m bio s de estad o de la señal .

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Figura 3.31. Bus FIPWAY-FIPiO (cortesía Groupe Schneider)

122 UPV-CFP


j0g, Buses Sensor-Actuador

En est e t ip o de buse s , se une n nodo s co n lim itad a o ningun a int e l ige n -cia , m ient ra s qu e ot r o nod o proc e s a lo s da to s e lementa les , t a le s com o entrad a y sa lid a de lo s e st a do s de se nsore s y a c c iona dore s . Una a plic a -ción clásic a se rea liz a c o n PLCs c o n descentralizació n de módulo s l/O . E programado r de PLC, en ta l c a so , no t ien e qu e esta r informad o de la c o -municación .

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I 41

Figura 3.32. Bus ASI (cortesía Groupe Schneider)

Para e jecuta r e st a t a re a , no es necesa ri a un a jerarquí a de maest ro -esclav o (inc lus o en a lguno s buse s ha de sa pa re c ido) , pe r o el tamaño de dato s enviad o a la re d de b e se r l im it ad o a lo e st ric t a m e nt e necesa rio ; a un -que posiblement e lo s t ie m po s de t ra nsfe re nc i a de da to s serán mayores , esto s se puede n c om pe nsa r debid o a qu e la s dist anc ia s en un Fie ldbu s son más cortas .

Las soluc ione s a dopt a da s pa r a cad a bu s de est a c las e varía conside ¬rablemente , porqu e la s característica s de cad a un o so n bastant e peculia ¬r e s - Dependiend o de la aplicación , se adecúa n uno s me jo r qu e ot ros .

En c ie rto s caso s es tambié n posibl e usa r esto s buse s par a propósito s d e capa s más a ltas . De cua lquie r modo , la s e jecuc ione s están dest inada s a empeorar .

UPV-CFP 123

Robó tica y Automática

3.10. Buses especializados •

Se pued e subdividi r est a categorí a más allá en funció n de lo s c a m p 0 s

de aplicació n de lo s dist into s buses . Lo s buse s espec ia lizado s no debe n confundirs e co n buse s de propie ta ri o (marcas) .

La s aplicac ione s par a cad a bu s varían desde :

• Control de movimiento, en particular control de posición de moto-

res. • Iluminación de edificios, donde se reduce el flujo de la informa-

ción a unos pocos bits, pero el coste por nodo es un factor críti-co.

• Automatización de vehículos, el campo de origen de CAN.

• Medida y técnicas de comprobación.

• Armamento y fuerzas aéreas, que tienen requisitos de fiabilidad más severos.

Cierto s proveedore s de c la ra n qu e "su " bu s es e l me jo r pa r a toda s las aplicac ione s y t odo s lo s nive le s de la c a p a jerárquica . De mod o que , a caus a de la gra n va rie da d de re quisit os , t a le s de c la ra c ione s so n cuestio -nables .

En cambio , en luga r de de fini r un nue v o bu s pa r a un c a m p o en parti -cular , se modific a un bu s e x ist e nt e pa r a ot r o c a m p o y se ut il iz a par a este part icula r , corriend o e l riesg o de e je c uc ione s na d a sa t isfa c t or ia s .

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Figura 3.33. La solución integrada de Omron

124 UPV-CFP


3.10.1. Transductore s Inteligente s

La característic a princ ipa l comúnment e aceptad a de lo qu e se e nt ie n -de com o un disposit iv o de c a m p o inte ligente , t ransduc tore s y/o ac tuadore s están basada s e n la incorporació n a éstos , de m ic roprocesadore s / m ic ro -cont roladores , c o n c a pa c ida d d e proc e sa m ie nt o y comunicació n de da to s Ello deb e ha c e r posibl e ot ra s func ione s característica s específicas , ta le s como :

Calibración automática y establecimiento del rango de funciona-miento, con almacenamiento en la memoria local del dispositivo de campo.

Autoconfiguración y verificación de buen funcionamiento me-diante auto-chequeos internos.

Corrección automática de offsets, derivas por temperatura o en-vejecimiento, y no-linealidades de su función de transferencia.

Inclusión de algoritmos de auto-ajuste(self-tunning),y de técnicas basadas en lógica difusaffuzzy logic).

Posibilidad de descarga (down-loading) al dispositivo de campo desde computador central o local, de programas de reconfigura-ción dinámica de funciones de control.

Procesamiento digital de señales.

Posibilidades de conexión a buses de campo.

Posibilidades de monitorización para el diagnóstico de fallos.

Soñware para el análisis de datos. Circuitos de comunicación para interfaz remota, mediante técni-cas de comunicación ópticas, radio, inductiva. Posibilidad de realización de test, off-line/on-line.

Bu s seríe

Interfa z de comunicació n

microprocesado r y memori a D S P

Monitorizació n para diagnóstic o de fallo s (sensore s adicionales )

Interfa z analógic o

salid a digita l autorang o y ADC correcció n de

salid a frecuencia desplazamient o

Sensor/Actú a do r

Transducto r

Disposith/ o de camp o Inteligent e

F'9ura 3.34. Principales características de un dispositivo de campo inteligente

125


Bus seri e

Fuent e de alimentació n

Interfa z de c omunicació n

Microcomputado r

l/O

i * Amplificado r de potenc i a /

DAC /

/ Acondic ionamient o de señal

— i T Interfa z y

actuado r / / Inte rfa z

senso r

Á i

de l senso r

Monitorizació n par a diagnóstic o

de fa llo s

Figura 3.35. Diagrama de bloques de los componentes de un transduc-tor/actuador inteligente

Re sum e n :

Lo s sensore s y t ra nsduc t ore s so n lo s disposi t ivo s ut i l iza do s par a la observació n y medició n d e la s dist int a s va r ia ble s física s qu e c onc urre n en lo s proceso s indust ria le s a ut om a t iza dos .

Lo s parámetro s característico s d e lo s t ra nsduc t ore s , pe rm i t e n estable -ce r c rite rio s compa ra t ivo s sobr e la s pre st a c ione s d e éstos .

La princ ipa l ac t ivida d qu e e l diseñado r pue d e e st a b le c e r d e carácte r off-l in e sobr e un t ra nsduc t o r es s u calibración , c o n obje t o d e pode r esta -blece r co n t od a precisió n la relació n e nt r e e l va lo r d e e nt ra d a m e did o y su va lo r de sa lid a c orre spondie nt e .

El métod o de transmisió n más ut i l iza d o ha sid o e l buc l e de corrient e de 4 -2 0 m A .

Lo s t ra nsduc t ore s int e lige nt e s pe rm it e n la realizació n on-l in e de ope -rac ione s de calibración , reasignació n de func ione s y d e diagnóstico .

126 UPV-CFP

tes cíe un ta»

)S utilizados :

3S qu e

» , P ¡tos.

2 #

* ! II


Referenc ia s bibliográfica s

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Jordán , J .R . Serial Networked Field Instrumentation Sons , 1995

Wile y

• ATI

*°%r U P V - C F P 127 •

CAPÍ T U L O 4

CODIFICADORES DIGITALES

CAPTADORES BINARIOS

4.1. Codificadores numéricos (encoders).................... 131

4.2. Captadores Binarios.............................................. 139

4.3. Preaccionadores eléctricos.................................. 148

4.4. Tecnología neumática......................................*.»> 152

Codificadores Digitales y Captadores Binarios

Obje t ivos :

# Describi r lo s principio s de funcionamient o y utilizació n de los dificadore s numéricos .

# Clasifica r y describi r distinto s tipo s de captadore s binarios .

# Describi r distinto s tipo s de preaccionadores .

4 , /. Codificadores numéricos (encoders)

Son disposit ivo s electromecánico s c a pa c e s de t ransforma r un despla -zamient o a ngula r o l ine a l , bie n en un t re n de impulso s o en un a sa lid a dis -cret a codif icad a e n bina ri o na t ura l , BCD, Gray , e tc . Básicament e e l dispo -sit iv o const a d e un a pa rt e mecánic a form a d a po r un disc o o c rema lle r a perforado s qu e va n a dosa do s a e je s u órgano s móvile s de máquinas . La part e electrónic a está form a d a po r disposit ivo s fot oe m isore s y fot ore c e pt o -res ent r e lo s qu e s e int e rpone n lo s disc o s o c re m a lle ra s codificadoras .

La s a pl ic a c ione s práctica s de lo s c odif ic a dore s numérico s so n mu y variadas , de sd e la codificació n d e e je s pa r a e l cont ro l numéric o de máqui -nas he rra m ie nt a s , im pre sora s , plot t e rs , disc o s duros , se rvomecanismos , antena s de rada r , e t c .

En funció n de l t ip o d e codificació n se c la sif ic a n e n :

• Codi f ic a dore s increméntale s

• Codi f ic a dore s a bsolut os .

4.1.1. Codificadore s increméntale s

Produce n un puls o a l pas o de c a d a un o de lo s sec tores , debidament e espac iado s de l disc o . Lo s pulso s se aplica n a un contado r co n func ione s de inc rement o y de c re m e nt o .

Lo s c odif ic a dore s increméntale s en funció n de l t ip o de desplaza -mient o se c la sif ic a n e n :

• Codif ic a dore s l ine a le s .

• Codif ic a dore s a ngula re s

UPV-CFP 131


Según el t ip o de detecció n se c lasifica n en :

• Opt ico s • Contacto s

Angula r

Figura 4.1. Codificador angular y linear

Existe n dist into s t ipo s de c odif ic a dore s numérico s increméntale s an-gulares : lo s de contac to , lo s magnético s y lo s ópticos , a unqu e lo s último s son los de mayo r utilizació n en la a c t ua lida d .

Los codificadore s numérico s d e tip o contact o están basado s en la deposició n de t ira s de mate ria l conduc to r e n la intersecció n de sectore s y pistas . En la est ruc tur a de la Fig . 4 .2 ., la s t ira s de m a t e ria l conduc to r se han depositad o sobr e la superfic i e de l disc o e n la s pista s A y B y co n un índic e cer o en la pist a más ex te rna . La s t ira s están c one c t a da s eléctrica -ment e co n la part e metálic a poste rio r de l disc o la c ua l , e st a re fe renc iad a a masa . Com o se observa , ex iste n uno s e le m e nt o s de c ont a c t o qu e mantie -ne n una pequeñ a presió n sobr e la supe rfic i e de l disc o , de bid o a qu e po-see n un muell e en su interior . De est a mane ra , e l disposit iv o de contact o se desplaz a po r tod a la pist a c onform e e l disc o gir a solida ri o co n un eje . Cuand o el contact o se mant ien e sobr e un a t ira , se produc e un cortocircuit o conectand o a masa .

Una de la s forma s de la sa lid a de lo s c odif ic a dore s increméntale s pued e observars e en la Fig . 4 .4 . Lo s t re ne s de ond a ge ne ra do s po r las pista s A y B están desfasada s 90°, y po r ot r a pa rt e e l índic e de ce r o gener a un puls o en cad a revolució n de l disco , lo cua l pued e ut il iza rs e co n propó -sito s de sincronizació n de l func ionamiento .

Si e l disc o pose e n t iras , en un a de te rm inad a pista , un a revolució n del disc o producir á n pulsos , cuy o c ic l o de t raba j o de = tJT. Si la velocida d

132 • UPV-CFP

angula r de l disc o en rp m es w, la fre c ue nc i a de lo s pulso s de A y B pued e deducirs e de la siguie nt e expresión : y M

f = — - _ L _ ¿ c

60 ~ T~T

resolució n qu e represent a la máxim a rotació n de l e j e ante s de l próxim o puls o depend e de n y pued e

_ . ~ ^ < * r \ r o a moniontn " * expresars e m e dia nt e :

R=3^ n

Por t a nt o , pa r a un a resolució n d e 1 2 s e ne c e sit a n 360 t ira s po r pist a . De est a form a d e un a m a ne r a se nc i l la , pa r a c a lc ula r e l desplazamient o angula r de l e j e únicament e se ne c e sit a c ont a r lo s pulso s produc idos . Ob -viament e l a precisió n d e t a l m e did a de pe nd e d e la resolució n adoptada .

Figura 4.2. Codificador numérico de tipo contacto

No obst a nt e , l a t e nde nc i a a c t ua l es de se c ha r la utilizació n de lo s c odi -ficadore s d e t ip o mecánico , pue st o qu e pre se nt a n c o n e l us o un desgast e de la s pist a s de bid o a l c onst a nt e roza m ie nt o d e lo s c ont a c t os .

M a nt e nie nd o e l princ ipi o d e func iona m ie nt o vist o ante riorment e en cuant o a la codificació n s e re fie re , en lo s disc o s d e lo s c od i f i c a dore s óp -t icos la s t ira s s e sust i t uye n po r pe rfora c ione s en e l disc o y lo s t rene s de °nda s vie ne n ge ne ra do s po r la excitació n de receptore s fotoelectrónico s ( fotot ransistores ) po r m e di o de leds . Por construcción , e l disc o incluy e n Perforacione s re pa rt ida s en inte rva lo s a ngula re s regula re s po r e l bord e de l d ¡ s c o . Conform e e l disc o gira , la lu z de l fot oe m iso r se ve interrumpid a in -te rm itentement e segú n va y a e nc ont ra nd o pe rforac ione s o materia l solido .

U P V - C F P 133


El fotorecepto r gene r a un t re n de impulso s cuy a c ic l o de t raba j o de-pend e de l tamaño y espac iad o de la s pe rforac iones ; y cuy a frecuenc i a de -pend e de la ve loc ida d de l moto r w . Puest o qu e e l disc o t ien e n perforacio -nes , e l fotorecepto r gene r a n pulso s po r cad a revolució n de l disco . Si | a

ve loc ida d de l moto r es w rp m o w /6 0 rps , la fre c ue nc i a de lo s pulso s se expresar á como :

f = ™Hz 60

Igua lmente , se pued e ut iliza r e l c odif ic a do r inc re m e nt a l par a detecta r la posició n angula r de l e je de l motor . Si e l disc o a dosa d o a l moto r pose e n perforac iones , e l inte rva l o angula r e nt r e do s pe rfora c ione s será 360 /n gra -dos , en cas o de dispone r 120 pe rfora c ione s , éstas estará n espac iada s en interva lo s de 3 o . Conform e e l disc o se m ue ve , c a d a perforació n generar á un pulso , de form a qu e se pued e e st a ble c e r un a relació n e nt r e e l número de pulso s gene rado s y e l de spla za m ie nt o a ngula r produc ido . De ta l form a que , s i se observa n k pulso s produc idos , e l de spla za m ie nt o angula r de l eje de l moto r pued e ca lcula rs e m e dia nt e la expresión :

360A: vm =

n

Com o se muest r a en la Fig . 4 .4 ., lo s pulso s ge ne ra do s po r e l fotore -cepto r de l tánde m B se a pl ic a n a un c ont a do r ascendente /descendent e binari o de 8 bits ; y la pa labr a e quiva le nt e a l de spla za m ie nt o angula r produ -c id o se aplica , a su vez , a un c onve rt ido r analógic o digit a l (CAD) , produ -ciéndos e la tensió n analógic a proporc iona l . En a lguna s a plic a c ione s el eje de l moto r cambi a repe t ida s ve c e s d e se nt id o de gir o a nt e s de a lcanza r su régime n estac iona rio . Est o se producir á e n lo s sist e m a s d e carácte r suba -mort iguado , dond e se produc e n c ie rt a s sobre osc i la c ione s a nt e s de alcan -zar la posició n fina l . En est e caso , e l c ont a do r no discriminarí a e l sentid o de gir o de l motor , rec ibiend o sim ple m e nt e pulso s a dic iona le s qu e conduci -rían a un a lec tur a erróne a de l de spla za m ie nt o a ngula r produc ido .

Para evita r est e inconvenient e se ut il iza n do s c onjunt o s fotoemiso -res/receptores , cuy a disposició n se obse rv a en la Fig . 4 .4 . La sa lid a del fot orecepto r A se ut iliz a com o e nt ra d a de re lo j c om ple m e nt a d a de un biestabl e t ip o D dispa rad o po r f la nc o ; y la sa lid a de l fot ore c e pt o r B se utili -za com o ent rad a de l contado r y tambié n de l biestabl e D. Lo s do s fotoemi -sores , están a justado s de form a qu e la sa lid a de A está ade lantad a a la de B en aprox imadament e 90° , aplicada s en la ent rad a de re lo j de gir o del disco , y a la ent rad a de re lo j de l contado r re spe c t iva m e nt e .

134 UPV-CFP

n P e í ' a i

CodificadoresDigitales y Captadores Binarios

Cada ve z qu e e l biestabl e es disparado , la transició n 1 cuadrad a de * l a ent rad a de l biesíab ü ^ M o t e n S su s i I i d a l í para el g<re> CW de l e je de l moto r y un "0 " par a el gir o CCW. Por lo tant o a salid a de l b.establ e t .p o D, se ut iliz a com o un cont ro l par a la entrad a H p U p / d o w n de . c ont a dor , invinie nd o la direcció n de la c u e n c a disc o cambi a de sent id o de giro . Est a configuració n se pued e ut iliza r par a sistema s de c ont ro l de posició n qu e necesite n la detecció n de ésta me -diant e un a pa la br a digit a l .

P a r a déte, E l P r i n c i p a l «"convenient e qu e posee n lo s codificadore s increméntale s N O T O R POSP e s e l d e l m a n t e n i m i e n t 0 d e 'a informació n com o resultad o de un fa ll o de la

r á 360/n alimentació n eléctrica . Puest o qu e lo qu e se sue l e rea liza r es conecta r el sPa c ia da * generado r de onda s a un c ont a do r bina rio , la pérdid a de alimentació n llev a ión ef apare jad a la pe rdid a de da t o s en el m ismo . Est e problem a no se present a

genera

D e tal form 3

" •guiar de l *

Dor el fotore -descendent e guia r produ-A D ), produ-; iones el eje

a l c a n z a r»

r á c t e r subá-

i s de alean-

a e l se ntide

j u e cond u c

o.

fot o e mis 0'

a s ta da

alid 3 i

or

dos

ta da

de

fot o a la

gir o

9

en lo s c odif ic a dore s a bsolut os .

Disc o

Moto r Fotoemiso r Fotorecepto r

JUIMIUIM Convertido r Frecuencia-Tensió n

Figura 4.3. Codificador incrementa!

Disc o

Fot c rre c e pt o r ' A < '

( ) a

* \ ;Fot orre c e pt o r

T B Cont ro l Prese t

U | d Q

Circuit o

U/D Cont a do r binari o

de 8 bit s de sc e nde nt e

74LS19 1

V6 < DAC 0801

8

Figura 4.4. Codificador incremental con detección de sentido de giro

UPV-CFP 135


4.1.2. Codif ic a dore s a bsolut o s

Convierte n un a posició n angula r en un númer o c odif ic a d o digita lmente , normalment e en Binario , BCD o Gray . Posee n la ve nt a j a de qu e en caso de fa ll o en la fuent e de alimentación , re t iene n la informació n sobr e su posi -ción , ya qu e t ra s la reanudació n de l sum inist r o la le c t ur a qu e se producir á en el disc o permanecer á ina lte rada .

Com o se muest r a en la Fig . 4 .5 ., e l disc o c odif ic a do r de 8 bit s está dividid o en och o pista s y 2 8 = 256 se c t ore s . Un e nc ode r de n bit s qu e ut ili -zará el códig o binari o necesitarí a n pista s y 2 n se c t ore s . La s zona s oscu -recida s sobr e la superfic i e de l disc o representará n un ' 1 ' bina ri o y la s zo-nas clara s un '0 ' . El bi t meno s signif ic a t ivo , de pe s o 2 o se a sign a a la pist a más externa , mient ra s qu e e l bi t más signif ic a t iv o se a sign a a la pist a más interna . Consecuentemente , e l códig o de 8 bit s a soc ia d o c o n un secto r represent a toda s la s posic ione s a ngula re s de l e je e n se c t ore s de 1.4°. Otro s código s qu e se sue le n ut iliza r co n e st e obje t iv o son , BCD , e l códig o 8421, el 2421 ponderado , e l códig o e x c e s o 3, e l códig o Gra y y alguno s otros .

Si se ut iliz a e l códig o BCD, e l númer o d e década s de t e rm in a la es-tructur a de codificació n de se c t or/pist a . Po r e je m plo , s i e l códig o BCD ut ili -za los peso s 8421 y se necesit a n do s décadas , se necesitará n 8 pistas , las cuatr o más ex terna s par a representa r lo s de c im a le s d e 0 a 9 y la s cuatr o pista s más interna s par a representa r lo s 1 0 1 , número s de c im a le s . Con dos década s lo s número s dec ima le s de 0 a 99 se re pre se nt a n m e dia nt e 100 sectores , y cad a sec to r mostrar á un códig o BC D de 8 bit s . La resolució n en est e cas o será de 3 o , obtenid a de dividi r un a revolució n c om ple t a (360°) por 100. En est e cas o la resolució n vien e da d a p o r

R 360°

10 m ^

U

Figura 4.5. Codificador absoluto de 8 bits

136 UPV-CFP

tes deteriB i 5i e hesitará n S ptss d e O a 9yias d ; decimales . t | senta n bits . L a i f t c ió n o

/

Gra do s

1 .4 -2 .81

¿6> 2 .8 1 -4 .2 1

4 .2 1 -5 .6 2

3 5 5 .7 8 -2 5 7 .1 8

2 5 7 .1 8 -3 5 8 .5 9

3 5 8 .5 9 -3 6 0

f a b / a 4.3* /. Grados representados de forma binaria con 8 bits o

i 9 0

En e l cas o de un disc o c odi f ic a d o e n bina ri o na t ura l es :

R 360°

2"

dond e 2 n re pre se nt a e l númer o d e se c t ore s de l disc o . En s u func iona -mient o la ond a ge ne ra d a po r e l bi t m e no s signif ic a t iv o tendr á la apa rienc i a de la ond a A ó B de l c a s o a nt e r io r d e la Fig . 4 .4 ., c o n un c ic l o de t raba j o (de) de l 5 0 % , s igni f ic a nd o qu e la a nc hur a d e puls o tw e s igua l a la m it a d de l

1 /(2 /Lse) , dond e fLSB e s la fre c ue nc i a de pulso s 772 periodo ; es dec ir , tw .._ x_ te ta pist a de pe s o m e no s signif ic a t iva . Po r t a nt o :

J\segundos) 2"(sectores) \(minutó)

¿-{sectores)

T2" 2n 1 minl rev

rev 60(segundos) 120 120fk LSB W

relacion a la ve loc ida d w e n rpm , e l númer o de se c t ore s 2 n , y la frecuenc i a d e la pist a de pes o m e no s signif ic a t iv o fLSB. Est a ecuació n se pued e expre ¬S a r d e form a c om pa c t a c om o

2 n w= M0fLSB

U P V - C F P 137

Robot ¡ca y Automática

Si e l disc o ha sid o codificad o ut ilizand o un códig o BCD y m década s en la ecuació n ante rio r 2 n se sustituir á po r 1 0 m . Una expresió n de carácte r gene ra l qu e inc luy e lo s código s bina ri o y BCD se e x pre sa :

Xw = 120 fLSB

dond e X = 2 n pa r a un códig o bina ri o y X = 10 pa r a un códig o BCD de m décadas .

4.1.2.1. Características de los encoders

• Alimentación . • Consumo . • Resolución . • T ip o de sa lida . • Frecuenc i a de re spue st a máxima . • Carg a de l e je . • Par de a rranque . • Moment o de ine rc ia . • Ve loc ida d de rotación . • Tempera tur a a m bie nt e de operación . • Grad o de protección . • Resistenc i a de a isla m ie nt o . • Rigide z dieléctrica . • V ibrac iones .

Figura 4.6. Encoder (cortesía Omron Electronics)

138 UPV-CFP

o BCD ti

CodificadoresDiaitales y Captadores Binarios

¿2. Captadores Binarios

El captado r bina ri o es un disposit iv o cuy o obje t o es advert i r mediant e u n cambi o de e st a d o de su sa lida , qu e a su ent rad a se ha a lcanzad o un determinad o va lo r um bra l de la magnit u d físic a aplicad a a la mism a

La expresió n de su sa lid a es

y = /(«)

Dond e

y 1 si u>k

y '0 ' SI u<k

siend o k e l va lo r um bra l a de t e c t a r

Los captadore s binario s puede n c lasificarse :

• Según su tecnología :

• Captadore s eléctricos .

• Captadore s electrónico s • Captadore s neumáticos .

• Según la va riabl e físic a a detec tar , adopta n denominacione s específi -

•

cas :

Fina l de ca rre r a (posición ) Fotocélul a (posición ) Te rmosta t o (tempera tura ) Presosta t o (presión )

Según característica s func iona les :

• Captadore s si n contac to . • Detecto r de prox im ida d induct ivo . • Detecto r de prox imida d capacit iv o • Detecto r fotoeléctrico .

UPV-CFP 139

Detecto r magnético . Detecto r de caída de presión . Captadore s de cont ro l mecánico :

Interrupto r de posición . Captadore s de cont ro l humano :

Pulsador . Interruptor .

En término s de fiabilida d lo s de t e c t ore s si n c ont a c t o , a l no esta r some -t ido s a esfuerzo s de t ip o mecánico , a c e le ra c ione s , c hoque s , acc ionamien -to s et c suele n dispone r de me jore s pre st a c ione s qu e lo s de contac to ; y a

que , po r mot ivo s obvios , la vid a ope ra t iv a de e st o s último s sue l e se r más

corta .

4 .2 .1 . De tec tore s de prox im ida d i n d u c t i v o s

El detecto r de prox im ida d induc t iv o es un e le m e nt o de conmutació n electrónic a si n contac t o y si n unió n mecánic a c o n e l órgan o qu e lo acciona . Const a fundamenta lment e de un osc ila do r d e a lt a f re c ue nc i a qu e gener a un camp o en la part e sensibl e dond e v a a loja d a un a fe rr i t a magnétic a abierta . Ésta se const ruy e de form a qu e se ge ne re n fuga s magnética s considerables .

La presenci a de un a piez a metálic a en la zon a de . detección , provoc a la disminució n de la amplit u d de la oscilación . A pa rt i r d e un determinad o umbra l dich a disminució n se t ra duc e en e l c a m bi o d e e st a d o de la salid a de l detector . Cuand o la piez a metálic a a ba ndon a la zon a de detección , el camp o magnétic o provocad o po r e l osc i la do r or ig ina lm e nt e s e rest ituye .

La frecuenc i a de t raba j o es un fa c t o r de t e rm ina nt e a la hor a de esta -blece r las distancia s de detección . Alguno s de t e c t ore s induc t ivo s dispone n ae la posibilida d de regulació n potenciométric a de la dist a nc i a de detec -C-»lvJI 1 .

a •

Figura 4.7. Detector de proximidad inductivo

140 UPV-CFP


'c | ona m¡ e ( .

snmutaciór !o acciona.

3ue genera magnétic a

magnética s

4 2 2. De tec tore s d e prox im ida d c a pa c i t ivo s

Est e t ip o de de t e c t ore s de prox im idad , aunqu e tambié n de tec ta n mate -riale s conduc tores , están espec ia lment e indicado s par a la detecció n de Rateriale s a isla nt e s , t a le s c om o pape l , plástico , madera , e tc . ,

Est o se deb e a qu e la c a be z a de tec tor a es capac it iva , formad a po r unos e lec t rodos . Cua nd o un ma te ria l a islant e o conduc tor , qu e pose e un nive l de pe rm it ivida d supe rio r a la unida d se sitú a en el camp o eléctrico , modific a el va lo r de la c a pa c ida d a soc ia d a y se provoc a e l cambi o de esta -do de la sa lid a a de c ua d a a la detecció n de mate ria le s a islante s o conduc -tores .

c

« d • i . 1 ; - -

, ** ' _ - 1

p • :

a • • * _ ** * *

• . ' • ,

i 1 : h * - e

I

4 - « • * • • *

Mi -t

a) Objeto a de tec ta r aislant e o metáli c b) Ca m p o eléctrico , e l Cabeza de tec tora . d) Electrodo s sensibles , e) Soport e d e detección .

>n, provoc a eterm'mad c

j e la sa i etección . i

3stituye -

n He e# dispo n

a de

Figura 4.8. Detector de proximidad capacitivo

%

Figura 4.9. Detectores inductivos (cortesía Omron Electronics)

U p V -C F P

141

(í...


4.2.2.1. Características de los detectores de proximidad

• Alimentación . • Consumo . • T ip o de obje t o a detectar . • Distanc i a de detección . • T ip o de sa lida . • Variació n debid a a la fluctuació n térmica . • Variació n debid a a la fluctuació n de la alimentación . • Corrient e de fuga . • Tensió n residua l . • Resistenc i a de a islam iento . • Rigide z dieléctrica . • Resistenc i a a la s vibrac iones . • Resistenc i a a lo s golpes . • Grad o de protección . • Tempera tur a ambiente . • Humeda d re la t iva .

4.2.3. De tec tore s fotoeléctrico s

Su utilizació n princ ipa l es c om o de t e c t ore s de posición . El princ ipi o de func ionamient o está basad o en la generació n de un ha z lum inos o po r part e de un fotoemisor , qu e se proyec t a bie n sobr e un fot ore c e pt or , o bie n sobr e un disposit iv o re flec tante . La interrupció n o reflexió n de l ha z po r part e de l objet o a detectar , provoc a el cambi o de e st a d o de la sa lid a de la fotocélula .

Se c lasifica n según su sistem a de detección :

• Sistem a de detecció n de "barre ra " . • Sistem a de detecció n "réflex" . • Sistem a de detecció n "autoréflex" .

Figura 4.10. Detectores fotoeléctricos (cortesía Omron Electronics)

142 UPV-CFP

4 2 3-1- Detector fotoeléctrico de barrera

Dispon e de e m iso r y recepto r de ha z luminos o dispuesto s sepa rada -mente .

Emisor Produc e un a radiació n visibl e ó invisibl e qu e se concent r a mediant e le nt i l la .

Receptor. Const i t u id o po r m a t e ria l se m ic onduc t o r norma lment e fot ot ra nsist or . un

Dispone n d e la s m e jore s pre st a c ione s en cuant o a dist anc i a de de t e c -ción , si n e m ba rg o sue le n se r más c a ro s y volum inoso s

El principi o é los o por partí , o bie n sobre po r part e

¡ la fotocélul a o

o

Figura 4.11. Detector fotoeléctrico de barrera

r0nic íc$)

J

4 - 2 . 3 . 2 . Detector fotoeléctrico tipo réflex

Concent r a e n u n sol o bloqu e e l e m iso r y receptor , siend o ma s fa a l su la lac ión , a unqu e re quie r e u n disposit iv o re flec tor . Pa ra e st e comet id o _se jue l e e m ple a r u n s is t e m a catadióptrico , qu e t ie n e la propie da d de l t riedr o r e c t a n g u l a r , e l c ua l re f le j a la lu z e n la m ism a direcció n en qu e llega .

Dispon e d e un a m e no r dist a nc i a de detecció n qu e e l sistem a de barre ¬r a - teniend o e n c ue nt a qu e e l t ra ye c t o qu e re c orr e e l ha z es doble .

UPV-CFP 143


aimentacio n

ampfffcodo r

Figura 4.12. Detector fotoeléctrico tipo reflex

•

AHÍ

Tip<

T¡e'

Mal Gra

4.2.3.3. Detectores fotoeléctricos tipo autoréflex

En est e sist e m a es e l propi o obje t o a de t e c t a r e l qu e func ion a com o e lement o re flec tor , lo c ua l s im pl i f ic a no t a b le m e n t e s u instalación . Por e cont ra ri o su inc onve nie nt e es qu e d ispon e d e la m e no r d is t a nc i a d e de tec -ción , c om pa ra d a c o n lo s do s t ipo s a n t e r io re s .

R emisor

E

cimentació n

amplificado r

Figura 4.13. Detector fotoeléctrico tipo autoréflex

4 .2 .3 .3 .1 . Característica s de la s célula s fotoeléctrica s

• Alimentación .

• Consum o .

J2.4. Detecte

:

También je vidri e

áonamient o v Los contacto s 2do por un j ejemplo de la ación de un í da c ione s c

Pi

144 UPV-CFP

Distanc i a de detección .

T ip o de m a t e ria l a de tec ta r .

Ángul o dire c c iona l .

Mod o de func iona m ie nt o .

T ip o de sa l ida .

T ie m p o de re spue st a .

M a t e ria l d e e nc a psula do .

Gra d o d e protección .

4.2.4. Detectore s de proximida d magnético s

Tambié n se le s de nom in a c om o relés t ip o "reed" . Consta n de un a a m -poll a de vidri o e n c uy o int e rio r s e a loj a un sist e m a de contac to s cuy o ac -cionamient o vendr á oc a siona d o po r la aparició n de un camp o magnético . Los contac to s s e cerrará n ba j o la inf lue nc i a de un c a m p o magnétic o provo -cado po r un disposi t iv o im a nt a d o a loja d o en e l obje t o a de tec ta r . En el ejempl o de la Fig . 4 .1 4 ., e l c a m p o magnétic o se ge ne r a mediant e la colo -cación de un imán e n e l c a be za l de l c i l indro . Éste , a l a t ravesa r po r la s in -mediacione s de l relé , provocar á e l c ie rr e de lo s c ont a c t os .

pistón

Figura 4.14. Detector de proximidad magnético

U P V . CFP 145

Captadore s electrónico s de efect o magnétic o

vc jL-V V i * '

i * *

%

imán permanent e para la detecció n de posició n

Tomill o de regulació n de amortiguació n

•

ulata 1 raser a

I cilindr o

I

Perfi l de alumini o

Culat a delanter a de l cilindr o

Figura 4.15. Esquema de funcionamiento de un cilindro (cortesía Groupe Schneider)

4.2.5. De tec tore s de posició n electromecánico s

Suele n denominars e f ina le s de c a rre ra . Se ut i l iza n pa r a e l cont ro l de posició n de órgano s móvile s de la s máquinas . Están const ituido s por :

La palanca :

Actú a sobr e el grup o de c ont a c t o/s , y pue d e se r de t ip o de rodillo , de acodada , rodill o a la rgable , va ril l a a la rga ble , va ri l l a elástica , e t c . .

La cabeza :

Aloj a el soport e mecánic o de la pa lanc a

El cuerpo :

Aloj a a lo s contacto s de l inte rrupto r

1 4 6 UPV-CFP

Codificadores Digitales y Captadores Bínanos

4 2.5-1- Características de los finales de carrera

Característica s mecánicas . T ip o de ac tuador . Roldana . Émbolo .

Ac t ua do r f le x ible .

Va ril l a a just a ble .

V e loc ida d de operación .

Fre c ue nc i a de operación .

Re sist e nc i a a vibra c ione s .

Re sist e nc i a a golpe s .

Característica s eléctricas :

Tensió n nom ina l .

Corr ie nt e nom ina l .

Pot e nc ia .

Re sist e nc i a de a isla m ie nt o .

Re sist e nc i a d e c ont a c t o .

Rigide z dieléctrica .

Figura 4.16. Final de carrera (cortesía Groupe Schneider)

UPV-CFP 147


Ot r o t ip o de de tec tore s so n lo s de a c c iona m ie nt o m a nua l par a el diá-log o hombre-máquina :

Figura 4.17. Pulsadores eléctricos y elementos de diálogo hombre-máquina (cortesía Groupe Schneider)

4.3. Preaccionadores eléctricos

Lo s preacc ionadore s so n disposi t ivo s c a pa c e s d e sum inist ra r grande s potenc ia s a lo s a c c iona dore s electromecánico s t a le s c om o máquinas , mo-tore s trifásicos , e t c . . Const i t uye n e l int e rfa z e nt r e la s señale s de contro l proveniente s de lo s disposit ivo s de c ont ro l c om o lo s Autómata s Programa -bles , y el m ism o proces o indust r ia l . Lle va n a c a b o func ione s de conmuta -ción de contac to s po r lo s qu e se sue l e sum inist ra r va lore s e levado s de intensida d de corrient e de st ina do s a la alimentació n d e máquina s rotativas . Alguno s de esto s pre a c c iona dore s , c om o e l c ont a c t or , están especial -ment e diseñado s par a el c ont ro l a dist a nc i a d e e st e t ip o de alimentación . Tambié n están dotados , en oc a sione s y c ua nd o la c a pa c ida d de ruptur a de a rc o así lo requie re , de disposit ivo s pa r a e st e m e ne st e r .

4 .3 .1 . El Relé

Se t ra t a de un disposit iv o de conmutació n dot a d o de un a bobin a y ^ grup o de contac tos .

A l aplica r un a pequeñ a corrient e eléctric a a la bobina , se produc e un camp o magnétic o qu e inte racc ion a c o n e l grup o de c ont a c t o s provocand o

148 UPV-CFP

• ^ 1

^gg^ggggígg_g^^ s y Captadores Binarios

su cierr e o apertura , permitiend o en su c^n i a oí * a , dispositiv o conectad o a los contactos^pnncJa L C ' ° n d e P ° t e n C ¡ a

c on t a c t o s

Figura 4.18. Relé

ees de s tales como 4

de a

) la cap

do

F/gur a 4.79. Relés (cortesía Omron Electronics)

4-3.2. El Relé de enclavamlent o

Es un relé t ip o bie st a ble .

La bobin a X 1 provoc a e l c ie rr e de l contac to . Una ve z cerrado , cortan -do 'a corrient e a X 1 e l contac t o permanecer á cerrad o debid o a un pequeñ o camp o magnétic o re m a ne nt e .

U P V - C F P 149


Si ac t ivamo s X2 creamo s un camp o magnétic o de sign o contrari o remanente , co n lo qu e est e qued a anulad o y e l contac t o se abre .

a

c o n t a c t o

c i rc u i t o d e

e n c l a v a m i e n t o

c i r c u i t o d e

d e s e n c l a v a m ie nt o

Figura 4.20. Relé de enclavamiento

Característica s de lo s Relés.

• Característica s de la bobina :

Tensió n nomina l . Corrient e nomina l . Resistenc i a de la bobina . Inductanc i a de la bobina . Tensió n máxim a de operación . Tensió n máxim a de reposició n Tensió n máxim a permisible . Consumo .

• Característica s de lo s contac tos :

• Número y t ip o de polos . • Carg a nomina l . • Tensió n de operació n máxim a • Corrient e de operació n máxim a • Capac ida d de conmutació n máxim a • Duració n mecánic a de lo s contac to s

150

Codificadores Of r /hd. . y Captadores Binarios

4.3.3. El Contacto r

Est e disposit iv o es un interrupto r controlart e a h¡-, • „ t r o l a r corriente s e levada s mediant e un a c o S e p ^ S T " ^ ^

r~*+A s^r\r\otit\ \irir\ r\r\*> i . ^ ^ _ ,

liar . Está const it uid o po r un o o más contacto s de carácte r principa , y aux i -

c ont a c t o s princ ipale s

Figura 4.21. Contactor

• • w # r 1 + r

s i m I I # I

f I

F/gi/r a 4.22. Contecfo r fcortes/a CVnron Electronics)

UPV-CFP 151


4.4. Tecnología neumática

En a lguno s proceso s indust ria le s de t ra t a m ie nt o químico , de hidrocar -buros , pinturas , disolventes , pirotécnicos , e t c . , es de sum a importanc i a la na tura lez a tecnológic a de lo s c om pone nt e s qu e va n a inte rveni r en su implementación , dad o qu e tant o la ma te ri a prim a qu e int e rviene , com o el produc t o acabad o so n de na tura lez a infla m a ble . Est o c onst i t uy e si n dud a un gra n condic ionamiento .

La s a lte rna t iva s posible s son :

a) Implementació n m e dia nt e m a t e ria le s eléctrico s ant ide flagrantes .

b) Implementació n m e dia nt e tecnologí a neumática .

Despué s de la tecnologí a eléctrica , la neumátic a es de a m pli a ut iliza -ción en lo s automa t ismo s indust ria le s .

Lo s automat ismo s "tod o neumático " pre se nt a n más ve nt a ja s respect o de lo s automat ismo s "electroneumáticos " e n a m bie nt e s e x plosivos :

• En gene ra l pre se nt a n m a yo r robust e z y se gur ida d hac i a e l ope -rador , ya qu e la conmutació n neumátic a a pe na s produc e des -gast e de lo s e le m e nt o s de bid o a l a rc o eléctrico . Co n la e lim ina -ción de est e últim o se evit a la posibi l ida d d e ignició n po r dich o mot ivo .

• En ambiente s e x plosivos , lo s c a pt a dore s eléctrico s ant ide fla -grante s so n volum inoso s y e n ge ne ra l más c ost osos , mientra s qu e lo s c a pt a dore s neumático s estánda r c onvie ne n en lo s c ita -do s ambientes .

• A l revés qu e lo s c a pt a dore s eléctricos , lo s neumático s func iona n si n problema s en a m bie nt e húmedo .

No obstante , e l dese o de a prove c ha r la s ve nt a ja s de lo s disposit ivo s lógico s programables , en cuant o a pot e nc ia l ida d en la implementació n de a lgoritmo s de cont rol , conduc e a la ne c e sa ri a instalació n d e un a "interfaz " ent r e amba s tecnologías .

Ell o conduc e a la conclusió n de la ne c e sida d de un a zon a segur a para la pa rt e de mand o (de cont ro l automático) , y un a "inte rfaz " electroneumáti -

152 UPV-CFP

9£dificadomsDig^ y Captadores Binarios

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q u i e r e la implementació n de , a u ¿ a t i í o í S ^ a ^ ^ a : J S e x m o s ' 1 3 d e W d a C e r t Í f Í C a C ¡ Ó n d e a n t ^ e f l a g ra Sy°a ' -

4.4.1. Funcione s lógica s neumática s

La s pue rt a s y disposi t ivo s lógico s neumático s so n e l equiva lent e de la implementació n tecnológic a d e a lguna s de la s func ione s booleana s des -crita s en e l capítul o c orre spondie nt e .

Ex ist e n d e do s t ipo s di fe re nt e s c onside ra nd o e l t ip o de instalación :

Instalació n l ibre .

Instalació n a soc ia da .

La s d e instalació n l ibre , pue de n e st a r repa rt ida s a lo larg o de l cablea -do . La s d e instalació n a soc ia bl e pe rm it e n rea liza r bloque s lógico s c om -pac tos . Ademá s de l s is t e m a d e asociació n po r chave t a integrada , cad a célul a lógic a inc luy e u n se le c t o r d e c irc uit o m e dia nt e e l cua l , co n un simpl e giro , pe rm it e re a l iza r e nla c e s e n "cascada " o en "comú n de ent rada" .

Un e nla c e e n "c a sc a da " ha c e c orre sponde r la sa lid a de un a célul a co n un a e nt ra d a d e la célul a siguie nt e . Un enlac e en "comú n de entrada " t ransm it e un a d e la s e nt ra da s d e un a célul a hac i a un a ent rad a de la célul a siguiente .

Lo s bloque s lógico s qu e se obt ie ne n se insta la n sobr e perfi l t ip o ome -ga estándar , se c one c t a n po r m e di o de conex ione s instantánea s e inc luye n el e sque m a int e rn o e n e l f ront a l par a fac il it a r su mantenim iento .

En la Fig . 4 .2 3 ., pue de n ve rs e a lguno s de lo s t ipo s ex istentes .

153 UPV-CFP


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F/gt/ra 4.23. Puertas lógicas neumáticas

4.4 .2 . El módul o se c ue nc ia do r neumátic o

El módul o se c ue nc ia do r neumátic o e s e l d ispos i t i v o funda m e n t a l para la implementació n d e a u t om a t ism o s neumático s d e carácte r se c ue nc ia l y

154 UPV-CFP

?2^doresD^ y Captadores Binarios

ao c om port a m ie nt o cíclico . Básirampnt o .

El a ut om a t ism o se c ue nc ia l se implement a interconectand o vano s mó-dulo s se c ue nc .a dore s en c a sc a da , además de lo s disposit .vo s extremo s de principi o y f ina l de dic h a conexión , qu e permite n la conexió n de l común de presión , de la pue st a a ce r o y de lo s buc le s de enlac e entr e el últim o y pri -mer módulo . De m a ne r a opc iona l puede n inc luirs e módulo s de t ip o deriva -ción en e l c a s o de qu e e l a ut om a t ism o necesit e la activació n de rama s concurrente s o e x c luye nt e s .

El se c ue nc ia do r neumátic o fac il i t a e l diálog o de puest a a punt o de la máquin a y e l diálog o de utilizació n mediant e la inclusió n de :

Un pi lot o d e e t a p a qu e advie rt e la e tap a qu e está act iva .

U n a re fe re nc i a de e t a pa .

M a ndo s m a nua le s de activació n y desactivació n de l módulo .

Punt o s de comprobació n qu e pe rm ite n sabe r el estad o de la en t ra d a y la sa l id a de c a d a móduld .

Figura 4.24. Secuenciador neumático

155

UPV-CFP

Figura 4.25. Esquema secuenciador neumático

Captadore s neumático s

Lo s fina le s de c a rre r a neumático s ut i l iza n la s m ism a s cabeza s de mand o y lo s m ismo s disposit ivo s de a t a qu e qu e su s e quiva le nt e eléctricos , ofrec iend o la s m ism a s posibi l ida de s de e m ple o , pe r o c o n la s correspon -diente s venta ja s en a m bie nt e s húmedos .

Figura 4.26. Finales de carrera neumáticos (cortesía Groupe Schneider)

156 UPV-CFP


Lo s c a pt a dore s d e fuga , de tamaño re duc ido , so n ide a le s pa r a de t e c -ta r pequeño s de sp la za m ie nt o s o pequeño s e sfue rzo s N e c e si t a n e i c o n tac t o c o n e l móvil . Ca d a c a pt a do r de fug a v a unid o a su relé c orre sno n dient e qu e le a l im e nt a y a l qu e c onm ut a c o n s u im pulso . La fuq a es nrá rt i c a m e nt e ina udib l e y e l c onsum o d e a ir e es pequeñ o H > ^ U -

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captad*» ce k l < B

captaoor W 4 I

F/g¿vra 4.27. Captadores de fuga neumáticos

s m a s cabezas ivalente eíéctiw :on las corres:

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Se h/0 • 3 Figura 4.28. Tipos de captadores de fuga

UPV-CFP 157


u r-n„« « H ü nm yim ida d so n a de c ua do s pa r a cuand o Lo s ^ ^ ^ ^ j S T ^ e t í B r . ob je t o s de l ic a dos , bla n

c onvie n e evit a r e l , ~ n ^ X * de sp la za m ie nt o . L a seña l a m u y baj a dos , o c o n un a g W l ve o c ' d a d d e P a m p |¡f i c a d a po r m e di o de u n

presió n sum inist ra d a po r e l a e ie c i o i , u c u relé amplificador .

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F/gur a 4.29. Detector fluídico de proximidad

Lo s captadore s de umbra l de presió n sobr e c i l indro s ut i l iza n la caída de la contrapresió n par a emit i r un a seña l qu e indic a e l f ina l d e ca rre r a de l c ilindro . Son senc illo s de insta la r e inc lus o pue de n ut i l iza rs e pa r a regula r la ve loc ida d de desplazamient o de lo s c il indros .

La ve loc ida d de l c ilindr o se regul a c ont rola nd o e l c a uda l de escap e por medi o de l regulado r de ve loc idad . I gua lmente , se ut i l iza n pa r a de tec ta r las

158 UPV-CFP

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Figura 4.30. Captador de umbral de presión

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Captaacr c;e umurgí i 4

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F/gur a 4.31. Curva de funcionamiento del captador de umbral de presión

Otr o t ip o disponibl e de captadore s neumático s so n los de acciona -mient o manua l pa r a e l diálog o hombre-máquina . Esto s pulsadore s neuma -

l c °s ut iliza n la ga m a de cabeza le s de mand o normalizada s y comune s l 0 s Pulsadore s eléctricos .

1 5 9

válvul a 3/2 m ostebtecimtont o <K> circuit o (KC)

válvul a 3 & cíe corl o do circuit o <GCl

efe w o 0 3 m?n g válvula * neumática s

de o aso 0 1,5 iécl Heos 5 • u * O

F/gura 4.32. Pulsadores neumáticos (cortesía Groupe Schneider)

2 $ &pa$tei£im$ fija s <* o» vuoit&s i centr o

o J 1 ^ j * . E, . l J E

Figura 4.33. Varios tipos de pulsadores (cortesía Groupe Schneider)

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4.4.3. El d i s t r i b u i d o r neumátic o

Lo s d is t r ibu idore s so n lo s disposit ivo s pre a c c iona dore s a soc ia do s a los c il indro s qu e de t e rm ina n la s vías d e circulació n de l a ir e c om prim id o Su tall a y su t ip o está n e n funció n de l c i l indr o a ut iliza r :

Si e l c i l indr o e s d e s im pl e e fe c t o y únicament e t ie n e un orific i o de a l i -mentación , s e ut i l iz a u n dist r ibuido r qu e sólo t e ng a un orific i o de sa lida ; dist ribuido r 3 /2 d e t re s or i f ic io s (presión , sa l ida , e sc a pe ) y do s posic iones . '

Si e l c i l indr o e s d e dobl e e fe c t o y t ie n e do s orif ic io s sobr e lo s cua le s es necesari o a l t e rna r lo s e s t a do s d e presió n y de e sc a pe , se ut iliz a un dist r i -buido r qu e t e ng a do s or i f ic io s d e sa l ida .

Ex ist e n va r ia s posib i l ida de s , d ist r ibuidore s 4 /2 de cua t r o orific io s (pre -sión , sa l id a 1 , sa l id a 2 , e sc a pe ) y do s posic ione s . Dist ribuidore s 5 /2 de cinc o or i f ic io s (presión , sa l id a 1 , sa l id a 2 , e sc a p e 1 , e sc a p e 2) y do s posi -c iones . En a lguno s c a so s pa rt ic ula re s c ua nd o se necesit a inmoviliza r o corta r la energí a a l c i l indr o d e dobl e e fe c t o , se ut iliz a un dist ribuido r 5 /3 (cinc o or i f ic ios , t re s posic ione s ) d e c e nt r o c e rra d o o abie rto .

Según e l t ip o d e pi lot a j e lo s dist r ibuidore s se c la sif ic a n en :

• M onoe st a b le s : s i e l dist r ibuido r vue lv e a su posició n de orige n c ua nd o de sa pa re c e la seña l d e pilota j e (cont rol) , bie n po r un re -sort e , b ie n po r un a presió n pe rm a ne nt e (re torn o dife renc ia l) . B ie st a ble s : e l dist r ibuido r m a nt ie n e su posició n aun en ausenci a

_ • *

d e la seña l d e pi lot a j e (funció n m e m oria ) .

Tipo Monoestabt e Tipo Blestabt e

1 0

71

Figura 4 .34. Distribuidor neumático monoestable y biestable

161 UPV-CFP


Se c odif ic a n m e dia nt e do s número s no/np , dond e

no = númer o de orif ic ios , np = númer o de posic ione s .

Se c lasif ica n según sea n de

Cont ro l m a nua l . Cont ro l mecánico . Cont ro l eléctrico . Cont ro l neumátic o

p e s i a n \1 vi \ ¡ *ícl' f

haci a el cilindr o ha c : a e l ciíiodr o

comú n d e e sc a p e

vano mando neumático m a nd o eléctric o -

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m onoe st f ibi e

controle s rriarruaíe s

Pataje neumátic o

a sie nt o cerámic o

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Figura 4.35. Esquema de funcionamiento del distribuidor neumático

162

pe sum e n :

Lo s c od i f i c a dore s numérico s so n lo s t ra nsduc t ore s digi t a le s más u t i l i -zado s pa r a e l c on t ro l d e ve loc ida d y posició n d e e je s y máquina s he rra -mienta .

Lo s c a p t a do re s s i n c on t a c t o d i spone n d e m e jore s pre st a c ione s re s -pect o d e lo s d e c o n t a c t o , e n c ua n t o a f ia b i l ida d s e re f ie re , pa r a la im ple -mentació n d e a u t o m a t i s m o s más robus t o s y se guros .

Lo s p r e -a c c i o n a d o r e s c ons t i t uye n u n int e r fa z e nt r e la s señale s de pe -queña po t e nc i a d e sa l i d a d e lo s d ispos i t i vo s d e c ont ro l , y la s señale s de a c c iona m ie nt o d e la s máquina s d e po t e nc ia .

La tecnologí a neumátic a est á e spe c ia lm e n t e ind ic a d a pa r a su us o en a m bie nt e s e x p l o s i v o s .

Refe renc ia s bibliográficas :

- Catálog o Ge ne ra l OM RON , 1 9 9 8 .

• Com pone nt e s neumáticos . Pa rke r Pne um a t i c (1996 ).

• Daura , F., Quílez , A. , Arr im a da s , J .A . Adquisición de datos: del sensor al ordenador. Edit ic ione s Técnica s Rede S.A., 1988.

• De goula nge , F., Le m a it re , R., Pe rrin , D. Automatismes:Fonctions Logi-ques- Grafcet -Gemma - Séqueceurs - Automates Programmables. Dunod , 1 9 8 3 .

• De goula nge , F., Le m a it re , R., Pe rrin , D. Automatismes.: Grafcet - Com-posants - Fonctions Logiques- Schémas. Dunod , 1983.

• Diálogo hombre-máquina. Group e Schne ide r , 1996.

• Ga ya k w a d , R., Sokolof f L. Analog and digital control systems. Prent ice -Hal l I nt e rna t iona l Edit ions , 1988 .

' Manual de los automatismos de mando neumático. Group e Schneider , 1992.

" Pinot , M., Jégoux , R., Ma il la rd , J .P . Du Grafcet aux Automates Pro-grammables. Le s Édition s Foucher , 1 9 9 1 .

' Roldan , J . Neumática , Hidráulic a y Elec t ric ida d Aplicada . Editoria l Para -

ninfo , 1989 .

UPV-CFP 163

CAPÍ T U L O

AUTÓMATAS PROGRAMABLES IND US TRIA L ES

5.1. introducción...................................................... 167

Estructura de un Autómata Programable

Industrial. - ..... .... 169 5.3. Arquitectura de un Autómata Programable...... 171 5'4. Tipos de Ciclos de funcionamiento.................. 175 £ 5 Tipos de lenguajes de programación.—........... 177 5>6. Módulos de comunicación con el entorno........ 179

Las agresiones del entorno industrial.............. 185

Autómatas Programables Industriales

Objet ivos :

" SKS^íSSf f y C a r a c t e ^ i c a s de un Autómat a

" foTruSar^ 0 5 -racterístico s de comparao s de

. Mostra r lo s distinto s tipo s de lenguaje s para la programa ¬cio n del Autómat a Programabl e Industria l

. Describi r las funcione s y tipo s de los módulo s de entrada s v salidas . *

• Clasifica r lo s distinto s tipo s de perturbacione s del entorn o industria l que afecta n el funcionamient o de los Autómata s Programable s Industriales .

5.1. Introducción p

El c onc e pt o d e Autómat a Programabl e Indust ria l (API ) surg e en la dé-cada de lo s 6 0 , a raíz de l proye c t o propuest o po r la compañí a norteameri -cana Genera l M ot ors , c o n obje t o de soluc iona r lo s problema s de fa lt a de flexibilida d y adaptació n de l proc e s o produc t iv o a lo s nuevo s modelo s de automóvile s qu e s e pretendí a int roduc i r en la caden a de producción . Asi -mismo , ot r o fa c t o r de t e rm ina nt e pa r a su desa rrollo , fuero n lo s alto s costo s en las re pa ra c ione s y c onse c ue nc ia s de la s parada s po r averías de los automatismo s ba sa do s en a rm a rio s de relés .

Al mism o t ie m po , y de form a c a sua l , en la empres a Bedfor d Assoc ia -tes Inc. , R.E. M ore le y e st a b a desa rrolland o un protot ip o cuya s espec ifica -cione s de diseñ o coincidía n c o n la s de Genera l Motor s par a el desarroll o del citad o proye c t o .

Esta s e spe c if ic a c ione s e ra n :

• Carácte r reut i l izable . • Adaptació n a l agresiv o entorn o indust ria l .

• Lengua j e de programació n asequibl e a lo s técnico s automat ic is -

ta s eléctricos . • Fácil mantenim iento . • Implementació n mediant e electrónic a estática .

uPV - C Fp 167

Robótica y A utomática

Lo s primero s autómata s programable s disponía n de memoria , basa d en núcleo s de fe rrit a de t ip o cableado , y su diseñ o se establecí a median * un computador . e

Lo s primero s autómata s pa r a e quipa m ie nt o apa rece n en 1968, con memori a cablead a y un a unida d cent ra l c onst it uid a po r c ircuit o s integrado s Est e equipamient o se de dic a a su utilizació n pa r a e l cont ro l de proceso s de carácte r secuenc ia l , e spe c ia lm e nt e a la s c a de na s de monta je , de trans -porte , de distribució n a lm a c e na m ie nt o , e t c . , en sum a t od a c las e de opera -c ione s qu e en e l pe riod o ante rio r más re c ie nt e , e ra n c om pe t e nc i a de los sistema s basado s en a rm a rio s de relés .

La evolució n e x pe rim e nt a d a a princ ipio s de lo s 7 0 , c o n la incorpora -ción de l m ic roprocesador , ha c e posibl e un inc re m e nt o de la s prestacione s orgina le s de l Autómat a Progra m a ble , dotándol e de uno s e lemento s de comunicació n hombre-máquin a más m ode rnos , manipulació n de datos , posibilida d de rea liza r cálculo s matemáticos , func ione s de comunicació n co n ordenadores , e tc .

Durant e la se gund a m it a d d e lo s 7 0 s e produc e un inc rement o de la capac ida d de m e m oria , posibi l ida d d e e nt ra da s/sa l ida s re m ot a s , analógi -ca s y numéricas , func ione s d e c ont ro l d e posic iona m ie nt o , aparició n de lengua je s co n mayo r númer o d e inst ruc c ione s más pot e nt e s y , sobr e todo , desarroll o de la s c om unic a c ione s c o n periférico s y orde na dore s .

En est e contex t o su aplicació n s e e x t ie nd e a l c ont ro l d e proceso s de carácte r cont inuo , y a qu e s e ha c e posibl e la comunicació n de l Autómat a co n equipo s e instrumentació n a l e fe c t o .

A part i r de la década de lo s 80 l a m e jor a d e la s pre st a c ione s ha n veni -do re fe rida s a la nuev a ve loc ida d d e re spue st a , reducció n d e la s dimensio -nes , mayo r concentració n d e númer o d e e nt ra da s/sa l ida s en lo s módulo s respec t ivos , desa rroll o d e módulo s d e c ont ro l c ont inuo , PID, servocontro -ladores , y cont ro l int e l ige nt e , FUZZY : Tambié n mayo r c a pa c ida d de diag -nóstic o en e l func iona m ie nt o e inc re m e nt o en lo s t ipo s d e lenguaje s de programación : desd e lo s lengua je s d e c ont a c t os , le ngua je s de funcione s lógicas , list a de inst ruc c ione s ba sa do s en nemotécnicos , flujogramas , '~ n' gua je s informáticos , Gra fce t , e t c . .

Debid o a la a lt a integració n en lo s c ircuit o s int egrados , en la actualida d ex iste n va rie da de s de nanoautómatas , de dim e nsione s mu y reducida s P u

ha hech o posibl e su utilizació n hast a en aplicac ione s domésticas , apertu r y c ie rr e de pue rt a s , c ont ro l de iluminación , cont ro l d e rieg o de jardin e . e t c . .

len

168

Existe n básicament e do s c rit prin c r ^ - - , i , . as progra m a ble s indust r ia le s - po r una n J * C a s , , i c a c i ó n d e l o s autóma -íanMativos , qu e t ie ne n en o ^ ^ ^ ^ e ^ ^ ^

pacida d d e m e m oria ; por otr a lo s f a c t o r e Tcual i t t i^ l ! a " d a S y l a c a " mata s progra m a ble s d e un a qama E S í f ! i ' ° S q u e l o s a u t ó -S r o l d e va r ia ble s d i s c r e t a Uumér ic S a S K 8 " d e J u n c i o n e s el carácte r e le m e nt a l . ""m e ne a s , aritmética s y de comunicació n de

Lo s autómata s progra m a ble s indust ria le s de la qama media a l t a pone n ademá s d e lo s re fe r ida s a nt e riorm e nt e , c a P ^ < £ < £ £ & a £ ¡ de gra n c a nt ida d d e da t os , posibi l ida d de cálcul o matemátic o c o m S ent radas/sa lida s int e l ige nt e s , va rio s m ic roproc e sa dore s de operació n es ' pecífica , t ra t a m ie nt o d e señal , c om unic a c ione s , e t c . .

f

5.2. Estructura de un Autómata Programable Industrial

Básicament e un AP I s e divid e en do s sist e m a s func iona le s princ ipa les , la unida d c e nt ra l y e l s is t e m a d e e nt ra da s/sa l ida s .

La e st ruc t ur a d e lo s AP I pue d e c la sif ic a rse , básicamente , atendiend o a los c onc e pt o s de :

• Est ruc t ur a m odula r

• Est ruc t ur a c om pa c t a

La e st ruc t ur a m odula r divid e en dist int o s módulo s dedicado s las es -tructura s func iona le s a nt e r iorm e nt e re fe rida s , de ta l form a qu e físicament e existe n módulo s t a nt o pa r a l a CPU , c om o pa r a lo s dist into s t ipo s de mó-dulo s de e nt ra da /sa l ida .

La princ ipa l ve nt a j a d e e st a disposició n radic a en la posibilida d de adecua r l a a rqui t e c t ur a de l s ist e m a a la s necesidade s est ric ta s de diseñ o y func ionamiento . Tambié n pe rm it e e l func iona m ie nt o parc ia l de l sistem a en caso de avería a l t ie m p o qu e ha c e posibl e la reducció n de lo s t iempo s de reparació n d e form a not a ble , c o n la sol a sustitució n de l modul o avenaa o , n c lus o en ple n o func iona m ie nt o .

La e st ruc t ur a c om pa c t a result a adecuad a pa r a pequeña s ^ ^ o ^ c °n un númer o pre f i ja d o d e ent radas/sa lidas . Lo s ^ ^ T e s t a l M -"«as . qu e so n AP I d e mu y reduc ida s dimensiones , ^ " J f j f ^ o

También , y da d o e l carácte r estanc o de la ca rcasa , perm.t e su empi e e n ambiente s indust ria le s espec ia lment e agresivos .

U P V - C F P 169

y Automática

Figura 5.1. Autómata TSX37 (cortesía Groupe Schneider)

UPV-CFP

Autómatas Programables Industria

5.3. Arquitectura de un Autómata Programable

Las do s unida de s func iona le s básica s de un AP I están const it uida s po r la unida d c e nt ra l y po r e l s is t e m a de e nt ra da s/sa l ida s . El bloqu e de la s e n -trada s está c onst i t u id o po r e l c onjunt o de señale s qu e provie ne n de lo s t ransductore s analógicos , digi t a le s y/o bina rio s qu e re c oge n la informació n del proceso . El AP I además , de m a ne r a opc iona l , dispon e de un a seri e de disposit ivo s periférico s t a le s c om o : unida de s o c onsola s de programació n disposit ivo s de monitorizació n y unida de s de dia logo .

La unida d c e nt ra l , a s u ve z , está c onst i t uid a po r e l proc e sa do r y memoria .

El proc e sa do r s e e nc a rg a de la interpretació n de la s inst ruc c ione s de usuari o y ademá s s e e nc a rg a d e la s t a re a s de coordinació n inte rna s y ex -ternas .

CAPTADORES

PROCESO

pi9ura 5.3. Esquema general de la arquitectura de un autómata programable

n r En su a rquit e c t ur a int e rna , e l API , siend o un sistem a basado > er> micr o pe sa dor , está c om pue st o po r un a se ri e de unidade s func ionale s n e

d o n a d a s po r un c onjunt o de buse s de da tos , direcc ione s y de cont rol .

upv -CFP 1 7 1


5 .3 .1 . Organizació n de la m e m ori a

La memori a de l API está organizad a en áreas de t raba j o perfecta -ment e de limitadas , dedicada s cad a un a de e lla s a comet ido s específico s y po r ell o co n denominac ione s dist inta s en funció n de la s operac ione s q U e

se realiza n en éstas. La zon a de memori a qu e se ut iliz a par a el almacena -mient o de la s inst rucc ione s de program a rec ib e el nombr e de zon a de me-mori a de usuario ; la zon a de a lmacenamient o de lo s estado s de la s entra -da s y sa lidas , de lo s estado s interno s y de lo s da to s de carácte r genera l específico s de l t ra tamient o numérico , aritmético s o de operac ione s de las comunicac iones , recib e el nombr e de tabl a de da tos .

En la denominad a memori a de l sistem a se a lmacen a el program a mo-nitor , y la zon a denominad a sc ra t c h-pa d , qu e es un a zon a ut ilizad a por est e últim o par a el a lmacenamient o de va lore s inte rmedio s y tempora les .

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7 i )

Figura 5.4. Organización de la memoria de un autómata programable

La implementació n físic a de la memoria , ROM, RAM , EPROM, PROM, depend e de la fina lida d de utilización . En la s memoria s de tipo

172 UPV-CFP

uiuiiiaias programables Industriales

ROM se a lmacena r a po r e l fabricant e e l program a monito r e l cua l es ina lt e -b , e e inaccesibl e pa r a e l usua rio , de dic a d o a la interpretació n de la s ins ¬

t r u C C i o n e s presente s en e l progra m a de éste . En la memori a de t ip o RAM s e a lmacenara , en e l pe riod o de diseñ o y depuració n de programa s e¡ n r o g r a m a de usua rio ; y e ll o debid o a qu e en e st a fase , es mu y S b f e

i e S e a necesa ri o modifica r c ont inua m e nt e e st e programa . Una memori a \M a l im e nia a a c o n batería permitir á borra r

pr que RAM co

,M aumentad a c o n batería permitir á b o ^ r r £ S ™ i T o = S ^ t e n i d o , c o n sol o de sc one c t a r la alimentació n de la batería . A l S d e |a fas e de depuració n c ua nd o e l progra m a esté dispuest o pa ra la m o s periodos > de func iona m ie nt o , convendr á s u a lm a c e na m ie nt o en m e 2 a s d e t ip o EPROM. qu e soport a n , si n ningú n e fec t o sobr e e l program a a lma -cenado , lo s fa l lo s d e sum inist r o en la alimentación .

La m e m ori a está orga niza d a en grupo s de 1 , 8 , 16 32 bit s , dependien -do de l t ip o d e va r ia ble s qu e s e ut i l ic e . y

MEMORI A CENTRA L

Variables de entrada Un

Variables intermedias X n

Variables U N I D A D de sal ida Y n 1 C E N T R A L

M o n i t o r

Programa

PROCESADOR

Contador de Programa

Puntero de pil a

Reg. de ins-trucción y d

Registro Índic e

Reg. de aso general

AL L

i 1 BUS DATOS DIRECCIONES/CONTRO L

v v i \ \ V v V

Módulo s Salidas

A A A A A A A A

Módulo s Entradas

Figura 5.5. Arquitectura de un autómata programable

UPV-CFP 173


5.3.2. Fase s de operació n e n m a rc h a y pa ra d a

Baj o la denominació n ante rio r no s re fe rimo s a la s operac ione s que rea liz a e l AP I de form a sistemátic a en c a d a operació n de inic i o en la a li -mentación , ejecució n de progra m a y pa ra d a de l sist e m a . Esta s son :

a) Puest a en Alimentación :

Comprobació n de m e m ori a y c om pone nt e s

Comprobació n de progra m a usua rio .

Comprobació n de módulo s e nt ra da /sa l id a

Comprobació n de la s c om unic a c ione s .

Desactivació n de la s sa l ida s .

b) Fase de ejecució n de progra m a :

Adquisició n de la s e nt ra da s .

Procesamient o d e la s e c ua c ione s lógica s

Actualizació n de la s sa l ida s .

Diagnóstic o int e rno .

Func ione s de comunicación .

c ) Parad a de l Sist ema :

Cese de ejecució n de progra m a

Desactivació n de la s sa l ida s

E

5.3.3. Est ruc t ur a de u n progra m a

Un program a de autómat a progra m a ble , ge ne ra lm e nt e está com -puest o po r un conjunt o de direc t iva s d e usua rio , qu e serán interpretada s po r e l program a monitor , int roduc id o po r e l fa bric a nt e en un a zon a de me-mori a no accesibl e pa r a e l usua rio .

La form a de ejecució n de un progra m a es norma lment e cíclica . L° s

c ic lo s se repite n c ont inua m e nt e m ient ra s se mantenga n una s determina -

174 UPV-CFP

Has condic ione s d e inic io , m e dia nt e la form a H P .. N K , I

g w H I L E , de la m a ne r a qu e s e m u ^ ^ S ^ * > l t ip o

DO Instrucció n n 2 1 Instrucció n n-2

Instrucció n n - m

. WHILE CONDICIÓN DE ST AR T

5.4. Tipos de Ciclos de funcionamiento

Com o s e h a m ost ra d o a nt e r iorm e nt e , la ejecució n de program a de un API , se produc e e n fo rm a d e c ic lo s re pe t it ivo s de l mism o conjunt o de n instruccione s a lm a c e na da s e n m e m or ia . Ca d a ve z qu e se e jecuta n la s n instruccione s s e de f in e qu e s e h a e je c ut a d o un c ic l o de programa . Baj o la denominació n d e t ip o c ic l o d e func iona m ie nt o , se re fie re n concepto s acer -ca de cómo , cuánd o y e n qué f re c ue nc i a de nt r o de un mism o c ic lo , se rea -liza n la s a dquis ic ione s d e e nt ra da s y se proc e d e a l envío de la s salidas , cuand o se re a l iz a l a evaluació n d e inst ruc c ione s y ecuac ione s lógica s en el tram o c om pre ndid o e nt r e l a pr im e r a y últim a instrucció n de programa .

El t ip o d e c ic l o más e le m e nt a l e s a que l en qu e la adquisició n de las entrada s se re a l iz a a l pr inc ip i o d e c ic l o po r un a sol a vez , prosiguiend o un a fase de t ra t a m ie nt o y evaluació n d e la s ecuac ione s lógica s programadas ; considerand o lo s va lo re s d e la s va r ia ble s adquirida s inic ia lmente , par a Pasar f ina lm e nt e a re a l iza r e l c ont ro l d e la s sa lida s po r un a sol a vez. Véase e l t ip o A de l a Figur a 5 ..

. En e l se gund o t ip o d e c ic l o qu e c onside ra m os , t ip o B, la adquisició n de l a s ent rada s s e re a l iz a igua lm e nt e en e l inic i o de c ic l o po r un a sol a vez P a ra pasa r se guida m e nt e a re a l iza r la evaluació n de la s ecuacione s una a U n a int e rca land o e n c a d a evaluació n e l cont ro l de la sa lid a implicad a co¬r r e s Pond ie n t e .

^ En e l t ip o C, s e c ont e m pl a un a nue v a lec tur a de la s ent rada s en Ínter . V a | o s pre de t e rm ina do s de nt r o de l m ism o c ic l o de func ionamiento . Se pr o

U PV -c p p 175


duce n dist inta s inte rrupc ione s en e l t ra tam ient o d e la s e c ua c ione s lógica s par a pasa r a rea liza r la adquisició n de e nt ra da s .

Teniend o en cuent a qu e el estad o de la s e nt ra da s se t om a en c onside - r ració n en interva lo s más corto s de t ie m po , result a e l t ra t a m ie nt o más c on - ^ ¡a U venient e en e l cas o de qu e se est im e la aparició n de sit ua c ione s a lea toria s cuy a respuest a pued a se r de carácte r crític o en e l t ie m po . " , e °

El lec to r ha de conside ra r qu e e l t ip o d e c ic l o d e func iona m ie nt o de - r

terminar á el ordenamient o de l c onjunt o d e e c ua c ione s d e e st a d o y sa lid a en el programa , siend o éste un proble m a na d a t r ivia l y qu e condicionar á el n n d e ej# C L

bue n func ionamient o de l a lgoritm o d e c ont rol . Por e je m plo , en e l cas o de la mayorí a de lo s AP I de gam a m e dia -ba ja , d ispone n d e un t ip o d e c ic l o de pa rá me tro

func ionamient o representad o po r e l t ip o A d e la Figur a 5 .. Ell o obl ig a a qu e HP 102 ' n s * r

la s ecuac ione s lógica s de estad o que de n e sc r i t a s e n progra m a a l princ ipi o • de l mismo , y la s ecuac ione s c orre spondie nt e s a la s sa l ida s ha n d e queda r R I A N de ejec obliga toriament e esc rita s en la pa rt e f ina l de l progra m a . ^

$e pa rá me tro

T IPO S D E C I C L O S D E E J E C U C I Ó N •: de ¡nstrucc i

. S mme , ts instrucción .

176

ACTUALIZACIÓ N DE L 4 T A B L A D E E / S

TRATAMIENT O DE ! ¿ * I N S T R U C C I Ó N » D E L PROGRAM A

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1 V E K X F I C A O ÓI V D E L E S T A D O I > E L A S E N T R A D A S

f TRATAmENT O D E L A

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1 C O N T R O L D E L E S T A D O D E L A S A L I D A S I

T R A T A M I E N T O D E L A

E C U A C I Ó N £ m

V C O N T R O L D E L E S T A D O D E L A S A L I D A S h

Figura 5.6. Tipos de ciclos de ejecución

UPV-CFP

Tipos de le

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Autómatas Programables Industríales

5 4 .1 . Parámetro s d e evaluació n d e la s pre s t a c ione s de u n Autómat a Progra m a bl e

Alguno s de lo s parámetro s más c om une s int roduc ido s en lo s catálo -gos de lo s fa br ic a nt e s pa r a l a evaluació n d e la s pre st a c ione s de lo s API son :

# Potenci a d e la unida d c e nt ra l :

Est e parámetr o e s funció n d e la ve loc ida d d e ejecució n de la s inst ruc -ciones .

• T iemp o d e ejecución : Se a n T im e :

Est e parámetr o de t e rm in a e l t ie m p o qu e ut i l iz a e l autómat a en la e je -cució n de 1 0 2 4 ins t ruc c ione s. ( t /1 k )

• Duració n d e ejecució n d e c ic lo :

Est e parámetr o e s funció n de l númer o e nt ra da s y sa lida s a leer , de l número d e ins t ruc c ione s e n e l progra m a , y d e la ve loc ida d de ejecució n de cada instrucción .

5 .5 . Tipos de lenguajes de programación

En un a pr im e r a clasificació n lo s le ngua je s pue de n c lasifica rs e en

INFORMÁTICOS: Ba j o n ive l :

L is t a d e inst ruc c ione s (Nemónicos ) Al t o n ive l :

Ba sic , Pa sc a l , C

GRÁFICOS Dia gra m a s d e e sc a le ra (La dde r Dia gra m s )

F lu jogra m a s

Dia gra m a s d e func ione s lógica s

Gra fc e t

Lo s t ipo s d e le ngua je s d e qu e dispone n lo s AP I so n d i ve De fo r * a cas i om nipre se nt e s e d ispon e de l le ngua j e de contac to s o g r a m a s e n esca le ra , c uy a introducció n form ó pa rt e d e la s espec if.cac .one s oe

Upare n 177

fíol\'tica y Automática

seño origina le s co n obje t o de qu e e l pe rsona l de m a nt e nim ie nt o de | 0 s

ant iguo s a rmario s de relés pudies e ope ra r c o n éstos si n e x c e siv a dificul -ta d Est e lengua j e es un a simulació n gráfic a d e lo s c irc uit o s eléctrico s ba -sado s en e lemento s norma lment e a bie rt os , c e rra do s y bobina s d e acc io -namiento . Su form a y disposició n se a pre c i a en l a Figur a 5 .7a .

Ot r a form a de lengua je s de programación , t a le s c om o lo s diagrama s de func ione s lógica s está influenc iad a y ba sa d a po r la s técnica s de elec -trónic a digita l . En éstos pode m o s e nc ont ra r b loque s progra m a ble s de puerta s lógicas , t emporizadores , c ont a dore s , b ie st a ble s , c om pa ra dore s , e t c . . disponible s en librería s de obje t o s prediseñados . Ot r o t ip o de len -guaje s so n de carácte r e m ine nt e m e nt e informático . Est o s están c onst it ui -do s po r lenguaje s de inst ruc c ione s , ba sa do s e n nemotécnicos , Basic , C, flujogramas , e t c . . En la a c t ua lida d se están inc orpora nd o le ngua je s de ri -vado s de gra to s basado s en e st a do s y e ve nt o s t a le s c om o e l Gra fc e t , cuy o estudi o merecer á nuest r a atenció n e n un próxim o capítulo .

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Figura 5.7. Lenguajes de programación de los autómatas programables

on-lin e U ^ m e r ^ m o H 5 P U G d e " e v a r s e a c a b o d e ^ r m a off-lin e y

" , a r • * d i s e ñ 0 6 S oe npr f l i iy^H n * i „ e n I c ont rol . En la mayorí a d e lo s c a sos , se ha lZnT^:LZ°nt ?J™P«a«0™ P e n a t e s c om o soport e de l

178 UPV-CFP

Autómatas Programables Industriales

L a segund a moda lida d sue l e ut iliza rs e par a la programació n en planta , cuand o po r aplicació n de la s ta rea s de mantenimient o softw ar e se lleva n a c a b o modificac ione s de l program a inic ia lment e implantado . Esta s modifi -cacione s se sue le n rea liza r inc lus o si n de tene r el func ionamient o de l prooi o A P I , mediant e terminales específico s de programació n de pequeñ o tamaño adaptado s a l e fec to .

5.5.1. D ia gra m a s d e f u n c i o n e s lógica s

Bajo est a denominación , se e ngloba n un a seri e de disposit ivo s lógico s preprogramado s dispue st o s en librería s pa r a utilizació n de l usuari o en la implementació n de lo s a lgorit m o s de c ont rol .

El usuari o se e vit a , d e e st a form a , t ene r qu e programa r cad a ve z dis -posit ivo s a m e nud o re que rido s pa r a la s dist inta s ta rea s de cont rol , limitán -dos e a la asignació n de la s dist int a s va riable s y programació n de paráme -tro s ta le s c om o : pe riodo s d e temporización , va lore s de cuenta , e t c . . Esto s disposit ivo s son :

• Pue rta s lógica s boole a na s .

• Bie st a ble s d e t ip o Se t y Rese t priorit a rio .

• Cont a dore s a sc e nde nt e s , de sc e nde nt e s y ascendente s / des -c e nde nt e s .

• T e m poriza dore s a l a rra nque , re ta rd o y variac ione s de lo s ante -riore s .

• Com pa ra dore s de dist int o signo .

• De t e c t ore s d e f la nc o

5.6. Módulos de comunicación con el entorno

El sist em a de e nt ra da s/sa l ida s cumpl e un a funció n determinant e par a 'a comunicació n de l AP I c o n e l entorno . Est e sistema , en un a arquitectur a modular , está c onst i t uid o po r un conjunt o de módulo s independiente s que se conecta n sobr e un a ple t in a de conec tores , qu e conecta n lo s módulo s c o n lo s dist into s buse s de l sist ema . Cada módul o dispon e de un sistem a d e abrochamient o mediant e regle t a qu e permit e la conexió n físic a ae ios distinto s c onduc t ore s proveniente s de l conjunt o de t ransductore s y preac -C |ona dore s .

La activació n de la s dist inta s ent radas/sa lida s pued e se r visualizad a mediant e la de bid a comprobació n de l le d correspondiente .

u p V -CFP 179

En la arquitec tur a compac ta , la regle t a de c one x ione s v a integrad a e n

la carcas a de l autómata .

TT co n uno s nive le s de tensió n de alimentació n re duc ido s de 5 a 1 8 Volts , A est e respect o lo s módulo s de ent radas/sa lida s c um ple n func ione s adic io -nale s qu e se re lac iona n seguidamente :

•

a) Comunicació n co n e l proces o a c ont rola r .

b) Adaptació n de la tensió n de t ra ba j o d e lo s disposit ivo s de camp o a la de lo s e lemento s electrónico s d e la U.C. y vice -versa .

c ) Proporc iona r un a a de c ua d a separació n eléctric a e nt r e lo s cir -cuito s lógico s y lo s c ircuit o s de pot e nc ia .

Existe n dist into s t ipo s en funció n de la na t ura le z a d e la s señale s de entrada/salid a de l autómata ; y tambié n de l t ip o específic o d e operació n a realizar :

• Módulo s de ent radas/sa lida s digi t a le s .

Características técnicas: Número de e nt ra da s : 4 ,8 , 16 ,32 Nive le s de tensión : T T L , 2 4 , 4 8 , 110 V c a /V CC , 2 2 0 V e a .

Módulo s de sa lida s :

Características técnicas: Número de sa l ida s : 4 ,8 , 16 ,32 T ip o de e tap a de sa l ida : T ra nsist o r ha st a 6 0 V c c , T ria c 24 , 48, 220 Vea, T T L,c ont a c t o d e relé .

Módulo s de ent radas/sa lida s analógica s

Características técnicas: Número de e nt ra da s : 4 , 8 , 1 6 . Número de Sa lidas : 4 .

Rango s de t ra ba jo : 0 a 5 V c c 0 a 10 Vcc . -1 0 a + 1 0 V c c 4 a 20 mA .

180 UPV-CFP

^T^sProgramables Industriales

Se esta s func ione s se inc luye n la d S S t ó n HÍ S t g u n d a d V Protección . S o , c ircuit o c ort oc irc uit o n T e d i a n t e t í t o y í e S ^ % 3 ^ HO En lo s c irc uit o s d e sa l id a a ba s e d p t r ia r l , f u s i b l e f u n d | -¡ £ ¿ n de t ra nsit orio s (va rist ore s re de s R¿) ' 5 6 ' n C ' U y e n C i r C u i t o s d e s u "

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Figura 5.8. Esquemas eléctricos de módulos de salida (cortesía Omron Electronics)

U P V . C Fp 181

Hobótica y Automática

5.6.1.1. Módulos especiales

Tarjeta s de comunicación :

Se ut i l iza n , e nt r e ot ro s usos , pa r a comunicació n c o n te rmina le s nr gra m a ble s , re gula dore s d e t e m pe ra t ura , le c t ore s d e código s de barras - °"

Unidade s de temporizadore s analógicos :

e x t e rna m e nt e m e dia nt e potenciómetro .

Unidade s de interrupción :

Est a s so n unida de s c o n disposició n d e e nt ra da s e x t e rna s co n capaci -

Unidade s de contro l PID:

Son unida de s qu e pe rm it e n l a implementació n de buc le s de contro l del t ip o Proporc iona l , I nt e gra l , De riva da .

Unidade s de servocontrol :

Ofl» d a * * d í

ur

da.

Esta s p i c a do re s

en ge ne ra l , soport a n comunicació n vi a RS-2 3 2 C, RS-4 2 2 o RS-485 n o I unidades P °

El pos i c i d

resolver , y g e

So n unida de s qu e d ispone n d e t e m por iza dore s analógico s ajustable s pechad o

Unidade s A S

Se ut iliza r del API.

da d d e interrupció n de l progra m a princ ipa l pa r a la ejecució n de subrutinas . „ unidade s de \

S e ut iliza n já m e nt e n ento.

Perm ite n e l c ont ro l d e posició n de e jes .

& S d e c o m U n ¡

«al ?! u t i l * a n

e C r í ! ° b j e f 0

C O c l | g o s r Unidade s de contro l de motore s pas o a paso :

Pe rm ite n la generació n de t re ne s d e impulso s pa r a e l cont ro l de mot o u i 0 s

«soacaso . I ^ re s pas o a pa so .

Entrada s termopa r y PT100: entra - j < &

9 i c a * C

Son módulo s específico s co n capac ida d de conexió n de vana s i , r e C C ¡ 0 n

da s d e te rmopa r y PT100.

182 V

Autómatas

t e

0 RslS 2 > de

aló9ÍC0s ai

Unidade s de contado r de alta velocidad :

Esta s unidade s se ut il iza n pa r a la c ue nt a de señale s procedente s de codificadore s increméntales , y en ge ne ra l , de disposit ivo s de ent rad a rápi -da .

Unidade s posicionadora s de levas :

El posic ionado r de leva s de t e c t a ángulo s de rotación , po r medi o de un resolver , y ge ne r a sa l ida s d e t ip o bina ri o c ua nd o se a lcanz a el ángul o e s -pecificado .

«ternas con cap* -ion de subrut

ucles de coi*

Unidade s ASCII :

Se ut il iza n pa r a visua l iza r o imprim i r da t o s en t iemp o rea l procedente s de l API .

Unidade s de voz :

Se ut il iza n pa r a l a generació n d e mensa jes , avisos , e t c . . po r audi o previament e re gist ra da s e n soport e disque t e o memori a de a lmacena -miento .

E/S de comunicació n remota :

Se ut il iza n pa r a l a conexió n d e rede s d e área loca l de carácte r indus -tria l , co n obje t o d e fa c i l i t a r e l int e rc a m bi o d e grande s cant idade s de da tos , e incrementa r l a ve loc ida d y f ia bi l ida d de l sist e m a . E/S de código s numéricos .

el oo otro ' de '

de

Módulo s FUZZY:

Permite n l a implementació n de técnica s d e inte ligenc i a art ifica l basad a e n la lógic a difusa .

5-6.2. Direccionamient o y codificació n de las variable s de E/S

Alguno s mode lo s de autómata s rea liza n la codificació n de la s dist inta s er|tradas/sal¡das , a tendiend o a la posició n re la t iv a de l módul o correspon -

U P V - C F P 183


dient e en la ple t in a de c one c t ore s , de t a l m a ne r a qu e s u form a t o t ien e | a

siguie nt e form a :

CÓDIGO VARIABLE n.m

Dond e e l CÓDIGO DE VARIABLE pue d e c orre sponde rs e a variable s de e nt ra da , de sa lid a o va ria ble s int e rna s . Pa r a e st a s última s sue le n ut ili -za rs e la s le t ra s l , Q y M re spe c t iva m e nt e . La n de not a la posició n de l mó-dul o en e l conjunto ; es dec ir , e l orde na m ie nt o re la t iv o d e lo s módulo s to -m a do s de izquie rd a a de re c h a y m de not a la posició n re la t iv a d e la variabl e dent r o de l m ism o módulo . Pa ra u n e je m pl o d e un a va r ia b l e d e ent rada , ba j o est e form a t o , quedaría :

11.1

Sería un a va ria bl e de e nt ra d a s i t ua d a e n la pr im e r a posició n despué s de la CPU , y en la prim e r a posició n re la t iv a de nt r o de l módulo .

1 M j

Figura 5.9. Direccionamiento de variables de los módulos de E/S

Ot r o t ip o de autómata s (OM RON ) orga niz a e l dire c c iona m ie nt o me -diant e cana le s de 16 bit s , tambié n orga niza do s de izquie rd a a derecha , rese rvand o dist inta s direcc ione s en funció n de qu e s e t ra t e d e va riable s de ent rada , sa lid a o inte rnas . Por e jemplo :

A part i r de l cana l 0 0 0 .0 0 , 0 0 1 .0 0 pa r a la s e nt ra da s .

A part i r de l cana l 100 .00 , 101 .00 pa r a la s sa l ida s .

A part i r de l cana l 012 .00 , 013 .00 , , pa r a la s va ria ble s internas .

184 UPV-CFP

gm ?m Las agresiones del entorno industrial

fie ra el m ó d u l o .

fe* le

5

1 13 5

La s a gre sione s a qu e s e ve n som e t ido s lo s disposi t ivo s lógico s d e contro l so n d e na t ura le z a eléctrica , químic a y mecánica .

En lo qu e re spe c t a a la s ra dia c ione s electromagnéticas , m uc ha s so n las fuente s sum inis t ra dora s d e e st a s pe r t urba c ione s , t a le s c om o : e quipo s de soldadura , t ra nsform a dore s , m ot ore s eléctricos , qu e comúnment e pue -de n a lcanza r sobra da m e nt e lo s 100 uJ . El qu e m uc ho s d e lo s c irc uit o s integrado s ut i l iza do s e n la implementació n d e lo s AP I se a n d e tecnologí a TTL, co n un a alimentació n d e 5 vol t , y un c onsum o d e 2 m A y e l qu e la energía ne c e sa r i a pa r a provoc a r e l c a m bi o d e e st a d o d e un a d e su s pue r -ta s ^ e a de 10" 4 uJ , s ign i f ic a qu e e l orde n d e m a gn i t u d d e l a energí a ne c e -sari a pa r a la conmutació n d e un a pue r t a lógic a d e t a l na t ura le z a e s un m i -

Posiciónii * "ó n c ' e v e c e s m ^ s pequeñ a qu e l a sum in is t ra d a norm a lm e nt e po r un a fuent e d e perturbación . De ahí l a im por t a nc i a d e l a protecció n f re nt e a e st e t ip o de pe r t urba c ione s . A e st e re spe c t o l a e f ic a c i a d e e st ruc t ura s d e t ip o metálic o en func ione s d e d isposi t iv o d e a pa nt a l la m ie nt o s e h a vist o proba -da par a t a l m e ne st e r . Ot r o t ip o específic o d e pe r t urba c ione s eléctrica s c a -pace s de ge ne ra r inc lus o fenómeno s d e corrosió n son ;

F.E.M termoeléctricas , ba sa da s e n e l e fe c t o Pe lt ie r .

Pot e nc ia le s vo l t a ic o s d e unió n ge ne ra do s e n e l c ont a c t o d e m e -t a le s d i fe re nt e s .

Parásito s d e na t ura le z a electrostática .

La s a gre sione s d e na t ura le z a químic a v ie ne n provoc a da s po r un a se -rie de ga se s c or ros ivo s pre se nt e s e n e st e t ip o d e proc e sos , t a le s c om o e l c loro , y ácido s y óxido s de l c lor o (CL 2 , H 2 S, S 0 2 ) . Tambié n lo s va pore s d e hidroca rburos , y lo s polvo s d e m e t a le s y c e m e nt o provoc a n corrosió n en los c ont a c t o s metálico s y lo s c i rc u i t o s int e gra dos . La s m e dida s pre ve nt iva s frent e a e st e t ip o d e a gre s ione s s e c e nt ra n e n e l ba rn iza d o d e la s pla c a s de c ircuit os , lo s f i l t ro s pa r a e l polv o inst a la do s e n lo s a rm a r io s metálico s y • as ca rcasa s e st a nc a s d e lo s AP I .

La s a gre sione s d e t ip o a m bie nt a l y mecánic o son : l a t e m pe ra t ura , la humedad , lo s c hoque s y la s v ibra c ione s .

a c e le ra c ione s fe t iga a lo s disposi t ivo s qu e c onst i t uye n lo s c irc ui t o s de l API . Por ot r a pa r -

UPV-CFP 185


t e , t a sa s d e hum e da d e le va da , po r e nc im a de l 8 0 % , provoc a n conde n c ione s qu e a c e le ra n e l proc e s o d e corrosión . Tambié n t a sa s po r debaj o cN 3 5 % produc e n pot e nc ia le s electrostático s qu e fa vore c e n la aparició n d fa l lo s po r c a m bio s de e st a d o d e lo s c i rc ui t o s lógicos . Lo s va lore s extre m 6

d e la t e m pe ra t ur a pue de n ha c e r d ism inui r drásticament e lo s va lore s de la S

t o le ra nc ia s a dm i t ida s d e lo s c om pone nt e s . La instalació n de vent ilacic- S

forza d a en lo s a rm a r io s metálico s c ont r ibuy e a m a nt e ne r va lore s adecua -do s d e la t e m pe ra t ura .

¿Sí*

en-'

ios

OÍOP toces

por se r

entac i o

íacenam i

ARMARIO METALICO

Los m o (¡lunicació n c

eléctric o d e lí

Referencia s

Boute ille , Gras, H.,

mables. E

Clements -1996.

' Catál ogo (

¡N a do , b ^ t a s p .

I

M . A.

Mi c h e i ' 9 9 0

• Q.

on -A .

Figura 5.10. Esquema de instalación de un autómata programable

UPV 186

Resumen :

Lo s Autómata s Programable s Indust ria le s so n sistema s basado s en microprocesado r co n a rquit e c t ur a espec ia lment e adaptad a a l medi o indus -t ria l .

Por se r he rra m ie nt a s ve rda de ra m e nt e informáticas , pe rmite n la im -plementació n de a lgorit m o s d e c ont ro l rea lment e comple jos , así com o el a lmacenamient o de da t o s y gra n c a pa c ida d de comunicación. '

Lo s módulo s de e nt ra da /sa l ida , además de cubri r lo s obje t ivo s de c o -municació n c o n e l e nt orno , a gre ga n func ione s de protecció n y a islamient o eléctric o de la circuiterí a int e rn a de l Autómat a Programable .

Refe renc ia s bibliográficas :

• Boute il le , D., Bout e i l le , N ., Cha nt re ui l , S., Collot , R., Frachet , J .P. , Le Gras , H., M e r la ud , C , Se loss e J . , Sta r A . Los Automatismos Progra-mables. Edit ion s Cit e f , 1 9 9 1 .

• Cle m e nt s-J e w e ry , K., J e f fc oa t , W. The PLC Workbook. Prent ic e Ha ll , 1996.

• Catálog o Ge ne ra l OM RON , 1 9 9 8 .

• M a nda do , E., Ac e ve d o J .M . , Pérez, S.A. Controladores Lógicos y Au-tómatas Programables. Edit oria l M a rc om bo , 1990.

• Mayol , A . Autómatas Programables. Editoria l Marcombo , 1988.

• M ic he l , G. Autómatas Programables Industriales. Editoria l Marcombo , 1990.

• Simón , A. , Autómatas Programables. Editoria l Paraninfo , 1988.

• Wa rnoc k , I .G., Programmable Controllers (operation and application).

Pre nt ic e -H a l l I nt e rna t iona l Edit ions , 1988 .

•

UPV-CFP 187

a

C A P I T U L O

SISTEMAS DE EVENTOS DISCRETOS: HERRAMIEN-

TAS DE MODELADO

6.1. Introducción a los sistemas dinámicos de eventos discretos. ................................................ 191

6.2. Características de los Sistemas de Eventos Discretos.......................................^ 192

6.3. Ejemplos típicos de sistemas de eventos

discretos. .......................................^ 196

6'4. Introducción a las redes de Petri.................—'»» 204

6-5. Interpretación de las redes de Petri.....—.....—- 230

Sistemas de Eventos Discretos: Herramientas de Modelado

Obje t ivos :

Defini r el concept o de event o y de sistem a de evento s discretos .

Describi r alguno s de los distema s de evento s discreto s más co -munes .

Describi r las rede s de Petr i com o herramient a de modelad o de sistema s de evento s discretos .

Conoce r los elemento s constituyente s de una red de Petri .

Describi r lo s distinto s tipo s de nodo s de una red de Petri .

Conoce r lo s concepto s de marcado , árbo l de alcanzabilida d y la ecuació n fundamenta l de las rede s de Petri .

Describi r la representació n gráfic a mediant e redes de Petr i de los distinto s modelo s de relació n de lo s subproceso s constituyente s de un sistem a de evento s discretos .

6.1. Introducción a los sistemas dinámicos de eventos discretos.

La s c lase s d e sist e m a s qu e t ra dic iona lm e nt e ha n sid o estudiado s po r • os ingenie ro s de c ont ro l pose e n va ria ble s cont inuas , y la dinámic a de d i -cho s sistema s ha sid o posibl e re pre se nt a rla s mediant e ecuac ione s dife -renciales , o bie n e n dife re nc ia s . No obstante , conform e lo s requerimiento s en las ta rea s de c ont ro l se ha n ve nid o inc rementand o y la comple jida d de los moderno s sist e m a s de c ont ro l ha id o aumentando , ha habid o qu e enfo -car el análisi s de e st o s sist e m a s de sd e nive le s de abstracció n dife rentes , ^á s adecuado s y po r t a nt o más t ra t a ble s .

T radic iona lment e la teoría de cont ro l ha t ra tad o co n e l comportamient o dinámic o de proc e sos , cuya s va riable s so n numérica s y cuy a evolució n Puede mode la rs e m e dia nt e e c ua c ione s dife renc ia les , o tambié n en dife -rencias . Con la ampli a utilizació n de l computado r com o component e esen -cia l de lo s sist emas , ha n apa rec id o sistema s de comple jida d crec ient e qu e n ° puede n se r c onve nie nt e m e nt e desc rit o s po r lo s mode lo s convenciona ¬l e s Efec t ivamente , en un númer o c rec ient e de estado s de los procesos , P^de n tene r va lore s no numéricos , más bie n va lore s simbólico s o lógicos .

U P V - C F P 191

a y Automática

Lo s c a m bio s de estad o puede n debe rs e com o respuesta s a qu e ha oc do algú n t ip o de event o disc re t o qu e t ien e luga r en t ie m po s discreto s f c ue nt e m e nt e de mane r a a sinc ron a y no de t e rm inist a . El cont ro l de e s t ^ sist e m a s , debid o a su est rech a relació n co n la automatizació n de los S ¡ S

S

t e m a s de producción , es de un a gra n importanc i a práctic a y de interé s teó rico ; y se ha const it uid o com o un nuev o e int rigant e re t o inte lec tua l .

Sistemas de Eventos tos

en tom°' 0 5

^ ne a más i ^ n de esta c

Alguno s d e de fa bnc a c

" 0 operativo s gestión y sistem e

mas

Esto s so n proceso s cuy o c om port a m ie nt o pued e se r modelad o ente -rament e mediant e un marc o e st a do-e ve nt o ; est o es , proceso s cuyo s esta -do s so n disc re to s y cuy o c a m bi o de estado s t ie ne n luga r solament e com o respuest a a evento s qu e ocurre n en inte rva lo s disc re t o s e irregulares .

x(t )

x8 x7j x6 X5 x4 x3 x2 x1

t 1 t2 t3 t4 t5 t 6 t 7 t8 t

e1 e2 t i t e3 e4 e5 e6 e7

A

eS e

Figura 6.11. Sistema dinámico conducido por eventos

6 .2 .1 . El c onc e pt o de event o i

Para aclaració n de l lector , el acaecimient o de un event o pued e d e | ^ se en primer a instanci a com o un suces o debid o bie n al cambio de es

192

Una t ransic i c básico de un pr o sistema controla c control a do r prim e siones y, únicam i tradicionales .

Otro t ip o d e **c¡ón se da a * s sistema s s i

£ 0 , m á s sen< I ™P'os de P C M .

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Eventos Discretos Herramientas de Modelado

i t rn i e t °* i *l entorno, o bie n a l cambio de estado interno del propio sistema A un ació n d * W -vent o se le supondr á si n duración , es dec ir , su espec t r o tempora l

a v d e i Q Una id« a m á s l n t u ! t , v a d e l concept o de event o pued e encont ra r es nul o

a rs e en e l n t e l e r t , , n t e r * * k cambi o de estad o de un a va riabl e booleana , po r e jempl o e l f lanc o de sub»-

l ü , y c i u a | w o de bajad a de dic h a va riable .

Alguno s de lo s e je m plo s más c om une s de ta le s proceso s son : sist e -entos D¡Sc m a s de fabricación , re de s de c om unic a c ione s , sistema s de tráfico , siste -

* mas operat ivo s d e c om put a dore s , sist ema s de suminist ro , sistema s de gestió n y sistema s de c ont ro l supe rviso r de planta s comple jas .

>r h e l a d o - 4 . . A A • A

:e s o s cuv o : U n a t r a n s , c , ó n d e e s t a d o Y s u e ve nt o asoc iad o const it uy e e l fragment o r solament e b á s i c o d e U P p r o c e s o d e e v e n t o s disc re t os . Considérese , po r e jemplo , un ( i rre qula r > sistem a cont rolad o po r un c ont rola do r "inte ligente " basad o e n reglas . Ta l [ controlado r prim e r o e je c ut a r l a un a se ri e de diagnóstico s o test s de de c i -I sione s y, únicament e e nt onc e s , e je c ut a r l a a c c ione s de cont ro l numérica s

Üt tradicionales .

t

Otr o t ip o d e e je m plo s so n de t e rm ina do s sist e m a s comple jos , cuy a evolució n se da a pa rt i r de la c om plic a d a interacció n de evento s disc re tos . Estos sistema s sue le n de nom ina rs e sist e m a s dinámico s de evento s dis -creto s o, más se nc i l la m e nt e , s ist e m a s de e ve nt o s disc re to s (SEDs) . Com o ejemplo s de e st o s s ist e m a s t e ne m os : sist e m a s integrado s de fabricación , sistema s de fabricació n f le x ible , re de s de c om unic a c ione s , sistema s de contro l de tráfico , e t c . . M ie nt ra s qu e c om o e je m plo s de lo s evento s qu e sucede n en e st o s s ist e m a s t e ne m os : inic i o y fina l de ope rac iones , llegad a de mensajes , señale s d e "t im e -out " , avería s de máquinas , e t c . .

Igualmente , s ist e m a s qu e se c la sif ic a n típicament e dent r o de lo s sis -temas de va ria bl e c ont inua , pue de n , a un de t e rm ina d o nive l de abst rac -ción, ser c onside ra do s c om o SEDs . Por e je m plo : Si e l estad o de un sist e -ma const ituid o po r un t a nqu e es e l nive l de l líquid o contenid o po r e l tanque ,

e i si model o c orre spondie nt e es un sist e m a de va riabl e cont inua .

Sin emba rgo , a e fe c t o s de cont rola r e l sist ema , es sufic ient e conside -entos ; r a r , Q s estados :

• T a nque vacío .

• Ent re va c i o y lleno .

Lie* "T a nqu e lleno .

* t 0 5 > r . CFp 193

T e ne m o s un sist e m a d e e ve nt o s d isc re t o s d e únicament e t re s esta -

dos .

Alto

Mecí lo

RcjO

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Figura 6.12. Sistema de eventos discretos

Lo s disposit ivo s de cont ro l int e l ige nt e de a lt o nive l de be n se r modela -do s y estudiado s en un c ont e x t o de diseñ o globa l d e s is t e m a s de control . Esto s sistema s de cont ro l de a lt o nive l de be n pose e r la c a pa c ida d de trata r co n sit uac ione s en la s qu e se re quie r a la t om a d e de c is ione s sobr e qué cont rola r , y se r capace s de de sa rrol la r e st ra t e gia s pa r a e l c ont ro l de situa -c ione s en caso s en qu e se produzc a n c a m bio s en la configuració n de l sis -t e m a . Esto s cambio s de configuració n pue de n oc urr i r c om o consecuenc i a de sist e m a s co n múltiple s m odo s de func iona m ie nt o , de bido s a cambio s en la e st ra t e gi a de producción , o de bid o a la aparició n de un a gra n diversida d de posible s fa llos .

Una cuestió n de importanc i a es cóm o de b e m ode la rs e la relació n de lo s c ont rola dore s numérico s de pla nt a c o n lo s supe rvisore s de a lt o nivel , y obvia m e nt e , qué t ip o de lengua je s o símbolo s de be n ut i l iza rs e

194 UPV-CFP


Las denominada s máquina s de estado s finit os , y su s correspondiente s diagrama s de transició n de estados , so n e l mecanism o form a l más simpl e para unifica r mucho s fra gm e nt o s en un todo . Lo s mode lo s de máquina s de estad o so n c onc e pt ua lm e nt e ape tec ibles , debid o a su simplic ida d inhe -rent e y al hech o qu e pue de n se r desc rit o s a de c ua da m e nt e po r autómata s finito s y la teoría de lengua je s regula res .

No obstante , a pesa r de su sim plic ida d inhe rent e y correspondient e atracción , la s máquina s de e st a d o m a nif ie st a n c ie rt a de bil ida d com o m o -delo s de proc e so s c om ple jo s de bid o a su explosió n e x pone nc ia l en e l nú-mero de su s e st a dos . Para se r e fe c t ivo , y, po r t a nt o útil , es deseabl e qu e un forma lism o de modelizació n de e st a do/e ve nt o t e ng a la c a pa c ida d para , de algún modo , re la ja r lo s re que rim ie nt o s de qu e t odo s lo s estados , así com o toda s la s se c ue nc ia s de e ve nt o s estén pre se nt e s explícitament e en el model o en t od o m om e nt o .

De est e m odo , tambié n sería de se a bl e suprim i r e n esto s mode lo s a s -pecto s de su descripció n qu e so n irre le va nt e s en un c ont e x t o part icula r . Est o pued e c onse guirs e m e dia nt e la internalizació n de evento s (event -inte rna liza t ion) , u observació n pa rc ia l , qu e c onduc e a l no-de t e rm inism o en el c om port a m ie nt o de l proc e so , (e n e l se nt id o de la teoría de autómatas ) y en la inadecuació n d e lo s le ngua je s form a le s c om o mode lo s de c om port a -miento . Un a spe c t o a dic iona l de m ode la d o e fe c t iv o es la posibilida d de construi r un a descripció n de l proc e s o a pa rt i r de c om pone nt e s individua les , int roduc iend o así c om o un e le m e nt o int e gra l de l ma rc o de mode lado , la modularida d y la jerarquía . También , pa r a obt e ne r un a herramient a de descripció n e fe c t iva , e s im port a nt e t e ne r la c a pa c ida d de desc ribi r e l c om -portamient o d e form a re c ursiva . Fina lm e nt e , pue st o qu e todo s lo s módulo s de l proces o de be n ¡nteracciona r y sinc roniza rs e correc tament e cuand o actúan en pa ra le lo , de be n se r form ula do s m e c a nism o s conveniente s par a a comunicació n y la interacció n e nt r e e st o s subproc e sos .

Re c ie nt e m e nt e Ra m a dg e y Wonha m inic ia ro n un esfue rz o pioner o desarrolland o un a teorí a d e c ont ro l d e proc e so s de e ve nt o s disc re to s de n -tro de l m a rc o de máquina s d e e st a d o y le ngua je s form a le s . En su marco , todo s lo s e ve nt o s so n espontáneo s y ge ne ra do s po r e l proceso . Alguno s de lo s e ve nt os , de nom ina do s e ve nt o s c ont rola ble s , pose e n un mecanism o de deshabilitació n a c c e sibl e a l e nt orno ; y e l proble m a de l cont ro l es int e -""actua r de form a c onve nie nt e c o n e l proc e so , m e dia nt e la deshabilitació n de lo s e ve nt o s c ont rola ble s , ha st a c onfina r s u c om port a m ie nt o dent r o de u no s límite s e spe c i f ic a dos . El m e c a nism o e x a m ina d o en e l t raba j o de Ra -

Wonha m

UPV-CFP 195


(feedbac k cont rol ) y consist e en c ie rt o mape o ent r e e l proces o baj o cons i deració n y un superviso r formulad o convenientemente . El comportamient o de l proces o es mode lad o po r su lengua je , es dec ir , po r e l conjunt o de ca -dena s de evento s qu e e l proces o pued e generar . Va ria s cuest ione s teóri -ca s de cont rol , t a le s como : cont rolabilidad , observabilidad , cont ro l descen -t ra lizad o y cont ro l jerárquic o y estabilización ; así com o cuest ione s tale s com o comple jida d computac iona l y ot ra s se estudia ro n en e l marc o de Ramadg e y Wonha m . Su investigació n tuv o un profund o impact o entr e la c om unida d invest igador a y generó un c rec ient e interé s en e l contro l de proceso s de evento s disc re tos , com o se evidenc i a en e l aument o de las cont ribuc ione s de investigació n sobr e la ma te ria .

La importanc i a de l desa rroll o de un marc o par a e l mode lado , especifi -cación , verificació n y síntesi s de proceso s de e ve nt o s disc re tos , co n part i -cula r énfasi s sobr e sist ema s a ut om a t iza do s de producción , sistema s ope -rat ivo s de c om put a dore s , mane j o de base s de da tos , programa s concu -rrente s y computació n dist ribuida , ha sid o reconoc id a en la comunida d científic a desd e hac e un a década ; y un a e x t e ns a y dive rs a lite ra tur a se ha desarrollad o sobr e est a ma te ria .

6.3. Ejemplos típicos de sistemas de eventos discretos

En lo s siguiente s a pa rt a do s pa sa m o s a de sc ribi r a lguno s e jemplo s de sistema s qu e po r su na tura lez a se c onst i t uye n e n e je m plo s clásico s de sistema s de evento s disc re t os .

6 .3 .1 . Sist e m a s de c o la s

Alguno s de lo s sist e m a s qu e de form a cot idian a encont ramo s en nuest r a ac t ivida d pue de n se r c la sif ic a do s de form a inequívoc a com o un sist e m a de colas . Por e jemplo , en m uc ho s sist e m a s de dic a do s a ofrece r un se rvic i o a un a seri e de c lientes : Una e nt ida d banca ria , un a ofic in a de la administración , e t c . , cuy a característic a princ ipa l es la ex istenc i a de un re c urso , qu e ofrec e un se rvic i o a uno s c liente s y que , en la medid a qu e el t ie m p o m e di o de se rvic i o e x c e d a a la fre c ue nc i a de llegad a de nuevo s c l ie nt e s , provocar á un a acumulació n de lo s m ismo s form a nd o un a cola .

Ot ro s sist e m a s más próximo s a nuest r o interés , t a le s com o un sistem a d e fabricació n integrad o dond e un a seri e de líneas t ransfe r interconecta -das , re a liza n e l e nc a m ina m ie nt o de un fluj o de pieza s de mate ria l en bru

196 UPV-CFP

5 ^ H 1 ¿ £ Í ^ Herramientas de Modelado

e , espera n eventua lment e en a lmacene s a la ent rad a y sa lid a de lo s punto s (maquinas ) de mecanizado , t ra tamient o o procesad o

pe igua l mane r a un sist em a qu e implement a el tráfic o de mensaje s de u n a red te le fon.c a o de computadore s pued e se r descrit a mediant e mode -los de colas .

Teniend o en c ue nt a la s característica s desc rita s ante riorment e en un sistem a de cola s se de nom ina :

Cola: A l disposit iv o dond e rea liz a la esper a e l c liente .

Servidor. Es e l recurs o qu e rea liz a e l se rvic i o a l c liente .

El gráfic o de la Figur a 6 .13 , desc rib e el mode l o más e lementa l de un sistem a de c ola .

COL A SERVIDOR

Llegad a cliente s

Salid a diente s

Figura 6.13. Sistema elemental de cola

El círcul o re pre se nt a e l se rvidor , y la ca j a abie rt a qu e le preced e es la cola . Las ranura s re pre se nt a da s en la col a da n ide a de l númer o de c liente s que están en e spe ra .

Prec isament e po r e l m ot iv o de qu e lo s recurso s no sue le n se r ilim ita -dos , se identificar á a un se rvido r c om o un "bloqu e de re tardo " qu e ret ien e a U r i client e durant e s u t ie m p o de se rvic io .

p a r a la descripció n c o n m a yo r de ta ll e de un sistem a de cola , definiré -i s otr a seri e de c onc e pt o s a sabe r :

• Ca pa c ida d de la c ola : es e l máxim o númer o de c liente s qu e pue -de n se r a c om oda do s en e l espac i o de cola .

• Disc iplin a de c ola : es la regl a qu e se aplic a par a la selecció n de l próxim o c lie nt e en c ol a qu e ha de se r servido . Una de esta s gla s es la FIFO (firs t inpu t firs t output ) qu e establec e qu e ei pri -mer o qu e lleg a es e l qu e ha de se r servido .

197

B a i 0 e, pun, 0 d , . I s l a de I » 0 % : » ~ s E a = T a d V , W

cliente .

U » «alai,, , d e - — ^ — 1 1 ^

r d ° e T e ° r c L C r ^ S * T m o m e n » , s e ¡ndloy e e n la , o „ g i M

3e ía col a Entonces , e l espac i o de e st a do s es e l c on,unt o d e lo s e nt e ro s

no negativo s X = { O, 1 , 2 ; . . . } .

Finalment e hay qu e tene r en cuent a qu e de bid o a la dist int a na t ura le -za que podemo s encontra r en lo s sist e m a s y, po r t a nt o , e n la s ne c e sida de s de implementació n de mode lo s dist int os , es fa c t ibl e la conexió n de un a col a simpl e a múltiple s se rvidores , o un únic o se rvido r a va r ia s c ola s , e inclus o combinacione s de lo ante rior .

0

Figura 6.14. Sistema de cola con múltiples servidores

6.3.2 . Sist e m a s de c om put a dore s .

saccfone s H ^ t , S ? e t e , , ^ a d 0 r • ' ° S t r a b a j ° S ' , 3 S t a r e a S 0 l a S ^ ten por la atencS n e 0 * i W e n t a n los cliente s que compi -

por ejemplo , la CPU (unida d I c e ntra \Z C ° T d ' V e r S ° S P r o c e s a d o r e s -(P.e., impresoras , disco s ) C u ' 'rtn , P S 0 S ) ' 0 d i sP°s¡t¡vo s periférico s

tante en que una'tare a lo requS e , a s f S t ó ° C U p a d ° e n e l í n S " una de las partes que integra n e, si íe m ^T e l o r n ^ T o ™ ^ ^

198

UPV-CFP

la >Pta

cola el

os

t a n^turaie . ecesidade j l o n de ün a

a s colas , e

^ g g g l ^ de Modelado

s i a m e nud o fue r a convenient e representa r ta le s sistema s mediant e descrit o anterior ¬

m e n t e . Un e je m pl o de la configuració n más comú n de un sistem a de com -putado r se m ue st r a en la Figur a 6 .15 . En est e sistema , lo s t raba jo s llega n l la col a de la CPU . U n a ve z se rvido s po r la CPU, o bie n se marcha n de l sistem a o bie n pide n a c c e s o a un o de lo s do s discos . Después , regresa n para recibi r un post e rio r se rvic i o en la CPU .

El conjunt o d e suc e so s en e l e jempl o de la Figur a 6.15 suel e consta r de una s l le ga da s y una s sa l ida s a lo s dive rso s servidores . En part icular ,

E = {a , d, rl, r2, di, d2)

donde : a es un a l le ga d a proc e de nt e de l mund o exterio r a l sistem a de l computador , d e s un a sa l id a de sd e la CPU hac i a el mund o exterior , r1 y r2 son las sa lida s de sd e la CPU qu e se dirige n a lo s disco s 1 y 2 respect iva -ment e y f ina lm e nt e , d1y d2 so n la s sa lida s desd e lo s disco s 1 y 2 respec t i -vamente , qu e s ie m pr e vue lve n a la c ol a de la CPU .

Una representació n de e st a do s posibl e de est e sistem a consistirí a en

un vecto r

X = {XQPU t * i

correspondient e a la s t re s longit ude s de c ola : de la CPU y de lo s disco s 1 y 2. En est e c a so , e l e spa c i o d e e st a do s sería

X = {( XCPU , *1 , * * ) : *CPU , * r . *2

las «* • I s 0 V

\0

as 1

Llegada s de ordene s

Salida s de ordene s

Figura 6.15. Modelo de colas de un sistema de computador.

199 ÜF>V-CFP

6 .3 .3 . S i s t e m a s d e comunicación .

Lo s c l ie nt e s d e un sist e m a d e comunicació n so n lo s m e nsa je s , pa -que t e s o l la m a da s (c om o e n un a re d telefónica) . U n m e nsa j e e s ge ne ra d o típicament e po r un usua ri o ubic a d o e n a lgun a "fue nt e " y c uy o obje t iv o es el de a lc a nza r a algú n ot r o usua ri o ubic a d o e n u n "de st ino" . A m e nudo , la conexió n e nt r e la fue nt e y e l de st in o no e s dire c t a , s in o qu e v a a travé s de un o o más punt o s int e rm e dios . Pa r a qu e lo s m e nsa je s v ia je n de sd e la fue nt e a l de st ino , de be n t e ne r a c c e s o a lo s d ive rso s se rv idore s , qu e en e st e cas o so n e quipo s d e c one x iona d o t a le s c om o int e rrupt ore s sim ple s de teléfon o o proc e sa dore s d e c om put a do r ba st a nt e sof is t ic a dos , así com o tambié n m e dio s de comunicació n t a le s c om o e l c a bl e o la ra dio . Lo s mo -de lo s de colas , a lguno s d e e l lo s ba st a nt e pa re c ido s a lo s d e la Figur a 6.15, so n ut il izado s f re c ue nt e m e nt e pa r a de sc r ib i r la operació n d e t a le s siste -mas .

Un a spe c t o im port a nt e d e lo s s is t e m a s d e comunicació n es la necesi -da d de m e c a nism o s d e c ont ro l , qu e a se gure n qu e e l a c c e s o a lo s se rvido -re s se ot orgu e basándos e e n un c r i t e r i o j us t o y e f ic ie nt e , y qu e se logre n lo s obje t ivo s de l proc e s o d e comunicació n (e s de c ir , u n m e nsa j e es ent re -gad o a su de st in o e x i t osa m e nt e ) . Est o s m e c a n ism o s d e c ont ro l , a lo s qu e en ocasione s se le s ha c e re fe re nc i a c om o prot oc olos , pue de n se r bastant e comple jos . Así , s u diseñ o y e l proc e s o d e c om proba r qu e func iona n desa -rrolland o aque ll o pa r a lo qu e ha n sid o de st ina dos , p la nt e a n proble m a s de ve rdade r o desafío .

Com o e je m pl o c onside re m o s do s usua rio s A y B, a m bo s compart iend o un medi o de comunicació n común , a l qu e de nom ina re m o s c a na l . El cana l sólo es capa z de se rvi r a un o de lo s usua rio s e n un inst a nt e da do . Así, s i B envía un mensa j e a l c a na l m ie nt ra s qu e A lo está ut i l iza ndo , e l resultad o es un a seña l a c um ula d a inint e l igibl e y, po r lo t a nt o , no s e t ra nsm it e ningú n mensa j e co n éxito . Est o es lo qu e se c onoc e c om o un a colisión . A cont i -nuación , e l cana l pued e e st a r en un o de lo s t re s e st a do s siguie nt e s :

• / par o • T t ransm it iend o un m e nsa j e • C t ransm it iend o do s o más m e nsa je s qu e provoc a n un a colisión .

De mod o sim ila r , cad a usuari o pued e esta r en un o de lo s t re s estado s siguientes :

• / par o T t ransm it iend o W en esper a par a t ransmit i r un mensa j e ex istente .

0 UPV-CFP

Ahor a no s encont ramo s co n do s problemas . En prime r lugar , cad a usuari o desconoc e e l estad o de l ot r o y, en segund o lugar , lo s usuario s puede n desconoce r e l estad o de l cana l (o puede n se r capace s de de tec ta r un únic o estado) . Se pued e ve r qu e la posibilida d de colisione s cont inua s está present e en e st e planteam iento , a meno s qu e lo s usuario s opere n basándos e en un c onjunt o de regla s qu e ga ra nt ic e n , po r lo menos , algún éxito en est e proceso .

Los suceso s qu e c onduc e n a esto s sist ema s so n la s llegada s de m e n -saje s par a se r t ra nsm it idos , t a nt o de l usua ri o A com o de l B, la s acc ione s de A y B de e nvia r un m e nsa j e a l cana l par a su poste rio r transmisió n y la finalizació n de un a transmisió n po r e l cana l . Así, podemo s de fini r un e spa -cio de estado s

X= {(XCH , X A , XB): XCH e {/, T, C } , XA e { / , T, W), XB e { / , T, W)}

y un conjunt o d e suc e so s

e = {aA , aB , rA , rB , TCH}

donde : aA y aB so n la s l le ga da s d e m e nsa je s pa r a se r t ra nsm it ida s po r A y B respec t ivamente ; rA y rB so n lo s suc e so s de envia r un mensa j e a l cana l por A y po r B re spe c t iva m e nt e ; y TCH es la finalizació n de un a transmisió n por un cana l (c o n un o o más m e nsa je s pre se nt e s) .

6.3.4. Sis t e m a s d e fabricación .

Lo s c l ie nt e s d e un proc e s o de fabricació n so n la s pieza s o e lemento s de la producción . La s pieza s c om pit e n po r e l acces o a dive rso s servidore s que , en e l c a s o específic o de un a fábrica , so n la s máquina s qu e de se m pe -ñan ope rac ione s específicas ; y lo s disposit ivo s de manipulació n de ma te -ria l ta le s com o robot s y c int a s t ra nsport a dora s .

Cuand o no se está t ra ba ja nd o sobr e la s piezas , se acumula n en a lm a -cene s hast a qu e e l se rvido r reque rid o par a la próxim a operació n esté dis -ponible . A c a us a de la s lim it ac ione s física s rea les , lo s a lmacene s en un sistem a de fabricació n sue le n dispone r de capac idade s finit as .

UPV-CFP 201


Figura 6.16. Modelo de colas de un sistema de fabricación.

Una ve z más, lo s mode lo s de cola s proporc iona n un a est ruc tur a con -venient e par a describi r esto s sist e m a s de fabricación . Un e jempl o simpl e se muest r a en la Figur a 6 .16. La s pieza s a t ra vie sa n do s máquinas , dond e la capac ida d de l almacé n sit uad o enfrent e de la se gund a máquin a está lim itad a a 2 . En consecuenc ia , es posibl e qu e un a piez a qu e comple t e el servic i o en la máquin a 1 encuent r e qu e la máquin a 2 está ocupada , y que ambo s a lmacene s estén llenos . En est e c a so , la piez a en cuestió n debe permanece r en la máquin a 1 inc lus o a unqu e no re quie r a ningú n servici o más allí; además , la s ot ra s pieza s qu e e spe ra n pa r a a c c e de r a la máquin a 1 se ve n obligada s a pe rm a ne c e r en la c ola . Est a situació n es denominad a com o bloqueo .

El conjunt o de suc e so s pa r a est e e je m pl o sería

E = {a , d, d2}

donde : a es un a llegad a de sd e e l m und o e x t e rio r a la prim e r a máquina ; d es la conclusió n de un se rvic i o en la prim e r a máquina ; y 62 represent a una sa lid a desd e la se gund a máquina .

Nótese qu e la oc urre nc i a de l suc e s o c1 no im plic a m ovim ie nt o de nin -gun a piez a desd e la máquin a 1 hac i a e l almacé n poste rior , y a qu e ex ist e la posibil ida d de l bloqueo . El e st a d o de l sist e m a pue d e de finirs e com o un vec to r x = [XI, X2\J c orre spondie nt e a la s longit ude s de c ol a presente s en a m ba s máquinas . En est e c a so , X 2 s e lim it a a lo s va lore s {0 , 1 , 2 , 3}. Nó-t e s e si n emba rgo , qu e c ua nd o X2 = 3 , la máquin a 1 pue d e o bie n queda r bloque a da , o bie n pe rmanece r sirviend o a un a de la s pie za s . Para modela r e l fenómen o de l bloqueo , int roduc im o s un va lo r a dic iona l B, qu e X2 pued e t om a r . Así , X2 = B signific a qu e la longit u d de la col a en la se gund a máqui -na es 3 y un a piez a está bloque a d a en la prim e r a máquina . El espac i o de e st a do s s e convie rt e entonce s en e l c onjunt o disc re t o

X={(X1, X2)\ X1 > 0 , X2e {0 , 1 , 2 , 3 , B}} .

202 UPV-CFP

N Sistemas de Eventos Discretos: Herramientas de

p a r a ilustra r la flex ibilida d de l proces o de mode lad o (de pe ndie nd o de l j v e l de deta ll e qu e deseemo s a lcanza r y de l t ip o de símbolo s qu e ne c e si -

temo s emplear) , cab e observa r qu e un espac i o de estado s a lt e rna t iv o po -

dría se r

(/), t ra ba ja nd o (W) quina : pa rad a (/) c

br>cación X = {(X1,X2) : X1 e {/, W, £}, X2 e {/, W)}

, n a e st r u donde : X1 es el estad o de k

U n e j e r c í 0 e n b l o q u e o ( a ) ; V X 2 e s e

> rná trabajand o (W). En est e mooe iu , no invesuya rno s e x pnc i ia m e ni e la s longi -' QUinas ) ^ tude s de cola , sin o qu e sólo estamo s inte resado s en el estad o "lógico " de

a máquina f.' cada máquina .

t a ocupada , y ! e n cuestió n ¿ 6.3.5. Sist e m a s de tráfico .

a d e r , n ^ n SenflC ' E n u n e n t o r n o d e t r á n s i t 0 > , o s vehículo s hace n us o de se rvidore s ta le s a la máquíHc com o semáforos , señale s y e l espac i o físic o sobr e la s c a rre t e ra s . Com o

>n e s denomina: ; e jemplo , c onside re m o s cóm o podrí a ve rs e un a intersecció n en T simpl e (Figur a 6 .17 .), c om o un sist e m a de evento s disc re t os . Hay cua t r o de t ipo s de vehículos :

3

l e r a máquina; d 2 represent a una

c i m i e n t o de , y a qu e existe U ni rs e com°J

l e o b i e n ¿ ,

3 n i l f i A¿

se g u esp

1 LU Z

• T

2

Figura 6.17. Una intersección simple controlada por un semáforo.

(1 , 2) lo s vehículo s proveniente s desd e el punt o 1 girand o a la de re -ch a hac i a 2 ,

(1 , 3) lo s vehículo s proveniente s desd e 1 y girand o a la izquierd a ha -c i a 3,

(2, 3) lo s vehículo s qu e va n rec to s desd e 2 hac i a 3, y (3, 2) lo s vehículo s qu e va n rec to s desd e 3 hac i a 2.

UPV-CFP 203


vue lv e roj o pa r a lo s vehicu -El semáfor o se coloc a de form a que , o se vue've i « J U «. • «» v«n,cu -k * f 1 2 f v i l 1 3 1 íverde par a lo s vehículo s (2 , 3) y (3 , 2 )] , o se vue lv e verd e ^ ¿ i S ^ T i y d. 3) [roj o par a los vehículo s (2 , 3 ) y (3 , 2 )] .

En est e caso , e l conjunt o de suc e so s sería

E = {a12,a13, a23, a32, d12, d13, d23, d32, g, r}

H n n H P - al2 a13 a23 a32 so n la llegad a de un vehícul o pa r a c a d a un o de £ cuat reros?¡¡2¡ d13, d23, 632 so n la sa l id a de un vehícul o un a vez aclarad a la intersecció n par a cad a un o de lo s t ipos ; g e s e l semáfor o verd e par a lo s vehículo s ( 1 , 2) y ( 1 , 3) y r e s e l semáfor o roj o pa r a lo s vehículo s

(1 ,2 ) y (1 ,3 ) .

Un espac i o de estado s posibl e estarí a de f inid o po r la s longit ude s de col a formada s po r lo s cua t r o t ipo s d e vehículo s y e l propi o e st a d o de l se -máforo ; est o es,

X={(X12, X13, X23, X32, y): X12, X13, X23, X32 > 0, y e {6 , R}}. r

donde : X12, X13, X23, y X32 so n la s c ua t r o longi t ude s d e c ola ; y la va ria -ble y es el estad o de la lu z [G de not a ve rd e pa r a lo s vehículo s ( 1 , 2) y (1 , 3) y R denot a roj o par a lo s vehículo s ( 1 , 2 ) y ( 1 , 3 ) ] .

6.4. Introducción a las redes de Petri

A princ ipio s de la década de lo s se se nt a , e l matemátic o alemán Cari Ada m Petri , propus o la definició n d e un nue v o form a l ism o pa r a representa -ción y el mode lad o de sist e m a s e n lo s qu e c onc urre n c ondic ione s y even -tos . En su honor , est e nuev o form a l ism o ha re c ibid o la denominació n de Rede s de Pet ri , mediant e la s c ua le s e s posible , e nt r e ot ros , e l mode lad o de sistema s ta le s com o sist e m a s a ut om a t iza do s y re de s d e computadoras . En e l contex t o de nuest r o interés , la automática , e st e nue v o form a l ism o se ha vist o espec ia lment e a de c ua d o pa r a e l m ode la d o d e lo s a lgoritmo s a implementa r en lo s cont roladore s lógico s progra m a ble s , lo s c ua le s se han const it uid o en pieza s indispensable s d e lo s m ode rno s s is t e m a s de produc -ción automa t izados , junt o co n lo s robot s y lo s vehículo s a ut oguia dos .

6.4.1. Definicione s de las redes de Petr i

Una Red de Pe t ri , (RdP en a de la nt e ) , es un gra f o or ie nt a d o formad o po r e le m e nt o s de nom ina do s luga res , la s t ra nsic ione s , y lo s a rc os . Cada

tas

.trans 1

Los arce

form a

:ebera ? se r

De una

jonde

P

T

A

w

204 i

UPV-CFP

P a r a , Se es >5-

3 ) y ( 7 ? . * . 2 i

tfi

h ° a d a K ^c u l o • S e má f o r o ra los v

estado ce

O, y E {G

Sistemas de Eventos Discretos: Herramientas de Modelada

uno de esto s e le m e nt o s re pre se nt a n c onc e pt o s dife rentes . Lo s lugare s se representa n m e dia nt e círculo s y , en un a primer a definició n si n excesiv o rigo r y de un a m a ne r a int uit iva , re pre se nt a n esa fas e "estable " po r la qu e at ravies a e l sist e m a ent r e do s "sucesos " c onse c ut ivo s qu e acontece n en el sistema . La s e t a pa s lleva n a soc ia d o el c onc e pt o de marcad o qu e c om e nt a -remo s más a de la nt e .

La s t ra nsic ione s se re pre se nt a n po r se gm e nt o s de rec ta , lo s cuale s lleva n a soc ia do s lo s e ve nt os , c uy a activación , deb e provoca r el dispar o de la transició n y po r e nd e e l m a rc a d o de un o o más lugare s siguientes .

Lo s a rc os , so n se gm e nt o s orie nt a do s qu e une n lugare s y t ransic ione s de form a a lt e rna t iva . Ca d a a rc o , llev a a soc ia d o un a funció n de pes o w . qu e

s 'ongitüdes } deberá se r un e nt e r o posit iv o {0 , 1, 2 , }

De un a m a ne r a form a l , un a re d de Pet r i es un a cuadrupl a

(P. T , A. w )

cola ; y lava hículo s (1,2

dond e

P

T

A

w

es un c onjunt o f init o de luga re s

es un c onjunt o finit o de t ransic ione s

es un c onjunt o de a rco s

es un a funció n de peso , w : A -» {1 , 2, 3, }

c o alemán»

a r a r e p o s -i c ione s y

nom i s , e comP ü tac: >

) for mal'5':/

) S a i g ° n

5 cua

do*

Luga r 4

Arc o

Transició n

T

os *° Á UPV-CFP

Figura 6.18. Lugar, arco y transición

6.4.1.1. Lugares de entrada y salida

U n luga r s e de nom in a d e e nt ra d a a un a transición , s i e x ist e un arc o or ie nt a d o de sd e e l luga r ha st a la c i t a d a transición . De la m ism a m a ne ra , un luga r s e de nom in a d e sa l id a d e un a transición , s i e x ist e u n a rc o orie nt a -d o de sd e la transició n a d ic h o luga r .

A Luga re s d e e nt ra d a

T

T • A

Luga re s d e sa l id a

Figura 6.19. Lugares de entrada y de salida

6.4.1.2. Tipos de Nodos de las RdP

Para la representació n gráfic a de lo s c onc e pt o s de c onc urre nc ia , sin -c ronism o , exclusió n d e se c ue nc ia s y ot ros , qu e t ra t a re m o s co n mayo r profundida d más a de la nt e , la s RdP pose e n dist int o s t ipo s de nodo s me -diant e lo s qu e se c onvie n e dic h a representación .

Un luga r qu e pose e va r ia s a rc o s de e nt ra d a y/o va r io s a rc o s de salid a se de nom in a nodo OR. Pue de n pre se nt a rs e do s c a so s pa rt ic ula re s :

Nodo de Selección: Es a que l nod o OR qu e únicament e pose e un arc o de e nt ra d a y va rio s de sa l ida .

Nodo de Atribución: Es a que l nod o OR qu e únicament e pose e un arc o de e nt ra d a y va rio s de sa l ida .

U n a transició n qu e pose e va rio s a rc o s de e nt ra d a y/o sa lid a se deno -m in a nodo AND. A l igua l qu e en e l c a s o a nt e rior , se pre se nt a n do s caso s pa rt ic ula re s .

206 UPV-CFP

Nodo de Distribución: Es aque l nod o AN D qu e present a un únic o arc o de entrada . > v v

Modo de Conjunción: Es aque l nod o AN D qu e present a un únic o arc o de salida .

* " i * i i

i T t I I I I I

1 •

a) N ud o O

• •

b) Selecció n c ) Atribució n

d) N ud o Y

f I I I * I

9 I I » l i

•

e) Distribució n f ) Conjunció n

Figura 6.20. Tipos de nodos

6.4.1.3. Redes de Petri ordinarias y generalizadas

Rede s de Pe t r i ordina r ia s , so n a que lla s en la s qu e lo s peso s asoc ia -dos a lo s a rc o s t om a n c om o máxim o un va lo r 1 , es dec ir , w e {0 , 1}. La representació n gráfic a de e st e t ip o de RdP, que d a establec id a co n sol o representa r e l a rc o en cuestió n si n ningú n ot r o t ip o de notació n (véase Figur a 6 .19 .)

Por ot r a pa rt e , la s RdP ge ne ra l iza da s , so n a que lla s qu e puede n po -seer a rco s c uy a funció n de pe s o se a w > 1 . En est e caso , su representa -r o n gráfic a deber á re fle ja r específicament e su peso , bie n mediant e un e n t e r o junt o a un se gm e nt o qu e a t ra vie s a e l a rc o correspondiente , o bie n

UPV-CFP 207

únicament e co n un númer o de segmento s idéntic o al pes o de l arc o c or r e s . I * A pendiente .

Y

Figura 6.21. Red de Petri generalizada

6.4.1.4. Marcado de una red de Petri

Cada luga r pe rt enec ient e a un a RdP pue d e c ont e ne r un númer o ente -ro posit ivo , no ne c e sa ria m e nt e l im it a d o de m a rc a s , representada s por un punt o en el inte rio r de l círcul o re pre se nt a t iv o d e c a d a lugar . En la Fig . 6 .22., se obse rv a qu e e l luga r 1 pose e un a m a rc a . A l c onjunt o de mar-ca s de un a RdP, en un instant e c onside ra do , s e le de nom in a marcad o de un a RdP.

T3

\ • v •

_ T 4 T1

P2 *

P4

P3 ; V« "T 2

Figura 6.22. Ejemplo del marcado de una RdP

208 U PV -Cf P


6.4.1.5. Disparo de una transición

Para qu e un a transició n pue d a dispa ra rse , hech o qu e se asoc i a a l franqueamient o de dic h a transición , ha de esta r va l ida da ; es dec ir , el luga r o lugare s de e nt ra d a a dic h a transició n ha n de posee r a l meno s un a marc a en la s RdP ordina ria s , y un númer o idéntic o a l de l pes o de l a rc o de sa lid a en la s RdP ge ne ra l iza da s . El dispa r o de la transició n se produc e cuand o estand o va l ida da , a c ont e zc a e l e ve nt o a soc ia d o a dic h a transición , co n lo cua l deberá quit a rs e un a m a rc a de c a d a un o de lo s luga re s de ent rad a a la transición , y añadirs e un a m a rc a a c a d a un o de lo s luga re s de sa lid a de la mism a (cas o de la s RdP ordina r ia s) . Si la RdP es ge ne ra liza d a el númer o de marcas , qu e se quit a n de lo s luga re s de e nt ra d a y se pone n en lo s luga -res de sa lida , ha n de c oinc idi r c o n lo s pe so s de lo s a rc o s de ent rad a y sa l i -da re spe c t iva m e nt e . En la Fig . 6 .23 ., se c ont e m pla n dist int o s caso s en el dispar o de un a transición .

Figura 6.23. Varios casos de disparo de una transición

6 -4 .7 .6 . 77pos de Redes de Petri

Cuand o lo s instante s de dispa r o de un a RdP no se indica n o se des -conocen , se dic e qu e dich a RdP es un a re d de Petr i autónoma . Cuand o a evolució n de un sistem a vien e de te rm inad o po r evento s externo s o po r la variabl e t iempo , se dic e qu e dich a RdP es no-autónoma . Las RdP no -autónomas , a su vez , puede n se r sinc ronizada s y/o temporizadas .

U P V - C F P 209


Para el estudi o de la s propiedade s de carácte r cua lit a t iv o de la s RdP, ut ilizaremo s las RdP autónomas , hac iend o ex tensiva s dicha s cua lidade s en el estudi o posterio r de la s RdP no-autónomas .

6.4.2. Propiedade s de la s rede s de Pe t r i

6.4.2.1. El marcado

El marcad o de un a RdP represent a lo s luga re s de la re d , qu e en un instant e considerado , posee n un a o más marcas . De un a m a ne r a form a l , el marcad o de la RdP se represent a mediant e un ve c t o r c olum na , aunque , po r motivo s de simplic ida d en la notación , se ut iliz a usua lm e nt e s u form a transpuesta . La expresió n correspondient e a la Fig.6 .22 .

M0 = (1,0,0,0) = [ l 0 0 O f

1

0

o

o

Para el marcad o M 0 qu e e st a m o s c onside ra ndo , únicament e la t ra nsi -ción T i está va lidada ; po r t ant o es la únic a susc e pt ib l e d e se r dispa ra da . E dispar o de est a transición , pa rt iend o de l m a rc a d o inic ia l M 0 , c onduc e a marcad o M i .

La notació n forma l de lo ante rio r es :

Mo p"i > M i =(0, 1 , 1 , 0 )

rán T r ? . a l i z a d 0 e l d ' s p a r o qu e e st a m o s c onside ra ndo , pe rm a ne c e -oa rt ird P V T 4 p u d i e n d o a s u v e z > Produc irs e un nue v o dispa r o a

M i [T 2> M 2 = (0, 0, 1 , 1)

M-, [T 4 > M 3 = (1 , 1 , 0 , 0 )

, L a a n t e r i o r "o^ ión , tambié n pued e ut il iza rs e inc luye nd o un a se c ue n -

Z J n n , S P a r ° ' d e P U 6 d e V e r s e a f e c t a d a m á s d e u n a transición . La no -tació n par a un a secuenc i a de dispa r o se e st a ble c e c om o :

S= T, 12

210 UPV-CFP

, [ 5

U3 c i ó " f u

finir®

ción la de de

\jector can

5ea la * e c u e n ' $ o orde n e r

, 622. al t ie m ac ione s i m :• ;t¡co S de dic • rente j , c o m I

.-irado.

sel ejempl o d e

§ = ( 2 , 1 , 1

: ¡ l ^riz de ln

r'2 d e ¡nciden<

% 2 0 d e 10,

de sició n T i

i r

i r i c i d

o 3$

n e r ^ forma' ;

m n a . aun, e n t e su C

l e n t e la K» r dispara *

4 , c ° n d u t s

Sistemas de Eventos Discretos: Herramientas de M

y el m a rc a d o a lc a nza ble , de sd e un m a rc a d o inic ia l , a plic a nd o la c it ad a se -cuenci a

Mo [S> M 2

6.4.3. Ecuació n funda m e n t a l d e la s re de s d e Pe t r i

De finire m o s pre via m e nt e un a se ri e d e c onc e pt o s necesa rios , par a la resolució n de la de nom ina d a ecuació n funda m e nt a l de la s RdP.

6.4.3.1. Vector característico

Sea la se c ue nc i a d e dispa r o S = T 1 T 2 T 3 T 2 , dond e obse rva m o s un de -terminad o orde n e n e l d ispa r o d e la s t ra nsic ione s im plic a da s e n la RdP de la Fig . 6 .22 . a l t ie m p o qu e s e obse rv a e l númer o de ve c e s qu e se dispa ra n las t ra nsic ione s im pl ic a da s e n dic h a se c ue nc ia . Se de nom in a vec to r c a -racterístic o S d e dic h a se c ue nc i a d e dispa ro , a l ve c t o r m -c om pone nt e cuy o component e j , c or re spond e a l númer o de ve c e s qu e la transició n Tj se ha disparado .

Para e l e je m pl o d e la Fig . 6 .2 2 . e l ve c t o r característic o correspondient e es

S = (2 , 1 , 1 ,0 )

6.4.3.2. Matriz de Incidencia

Matri z de inc ide nc i a de e nt ra da :

Cada un o de lo s e le m e nt o s de la ma t ri z de inc idenc i a de ent rad a de u n a RdP, inform a de l va lo r de la aplicació n de inc idenc i a previ a de l luga r p m a la transició n T n , lo c ua l , implícitamente , inform a de la ex istenc i a de

arc o de e nt ra d a de sd e e l luga r a la transición , así com o de l pes o de dich o arco . La m a t ri z de inc ide nc i a previ a se represent a po r

w

Á

AO l * * V i d o

Matri z de inc idenc i a de sa lida :

Cada un o de lo s e le m e nt o s de la mat ri z de inc idenc i a de salid a de un a R c j P , inform a de l va lo r de la aplicació n de inc idenc i a de salid a de la transí -a n Tn al luga r Pm , lo cua l , implícitamente , inform a de la ex istenc i a de un

UPV-CFP 211

Roóótfca y Automática

arc o de salid a desd e la transició n al lugar , así com o de l pes o de dich o co . La matri z de inc idenci a de sa lid a se represent a po r

ar-

w

La matri z de inc idenci a de un a RdP, cuy a expresió n vien e dad a po r

W = w + - w

da ide a de l balanc e fina l en el númer o de marca s qu e se produc e en los lugare s de la misma , cuand o se rea liz a e l dispa r o de la s t ra nsic ione s impli -cadas . Específicamente , un a column a de la ma t ri z de inc ide nc i a muest r a la modificació n qu e se produc e en todo s lo s luga re s de la RdP, po r e l dispar o de la transició n correspondiente .

Dado un marcad o inic ia l M i , un a se c ue nc i a de dispa r o representad a po r su vecto r característic o correspondient e S, y un a de t e rm ina d a matri z de incidenci a W, es posibl e conoce r e l m a rc a d o a lc a nza bl e de un a RdP, mediant e simple s operac ione s de cálcul o m a t r ic ia l , re solvie nd o la siguient e expresión :

M f = M i + W . S

Veamo s el e jempl o de la Fig . 6 .24 .

Figura 6.24. Ejemplo

212 UPV-CFP

n e da d a Por

Produc e e p ,

Po r e l mues t

c/ispa -

1 representa * m ' n a d a mar-

d e un a RQP á o 'a siguier e

5 4.5.5. ¿e Perr / viva

El concept o de vivac ida d de un a RdP es sum a m e nt e importante , dés-ele el moment o en qu e el mode l o de RdP qu e present e est a propieda d y que represent e a un sist e m a en pa rt icula r , po r e jempl o un automa t ismo , va a supone r qu e éste no presentar á bloqueo s e st ruc t ura le s en su diseño ' Lo contrario , es dec ir , c ua nd o e l m ode l o re pre se nt a t iv o de l sist em a present a transic ione s qu e no pue de n se r dispa ra da s a part i r de un c ie rt o momento , supon e la e x ist e nc i a de l c onc e pt o de bloque o .

Una definició n form a l de lo ante rio r expon e que : un a transició n T es viva , par a un m a rc a d o inic ia l M 0 , s i pa r a c a d a m a rc a d o a lcanzabl e M, exist e un a se c ue nc i a de dispa r o S. desd e M , qu e c ont e ng a a T¡.

VIVA RdP NO WA

T.

P.

T. T,

P f

Figura 6.25. RdP viva y RdP no-viva

6.4.3.4. Red de Petri limitada

Para un m a rc a d o inic ia l , un luga r se de nom in a lim itad o s i ex ist e un enter o na tura l k , t a l que , pa r a c ua lquie r m a rc a d o a lcanzabl e desd e M 0 , el número de m a rc a s no es m a yo r qu e k . Si lo ante rio r se cumple , se dic e

M; 1 IX I I I I I I k W4 m I I • 1 • • • • • *

S | todo s lo s luga re s so n l im it a do s pa r a M 0 .

Un c a s o pa rt ic ula r de la s RdP lim it ada s so n aque lla s qu e únicament e Posee n un a m a rc a . En ta l c a s o est e t ip o de RdP rec ibe n el nombr e de bi -r r i a s . Est e t ip o e spe c ia l de RdP bina ria s y su s de rivados , ta le s com o el G r a f c e t , m e re c e n atenció n espec ia l puest o qu e su us o se ha genera lizad o e n el diseñ o de a ut om a t ism o s ba sa do s en Autómata s Programables . a l '9ua l qu e en lógic a c a ble a d a m e dia nt e módulo s se c ue nc ia dore s .

U P V - C F P 213

Robot¡ca y Automática

RdP NO BINARIA

Figura 6.26. Red de Petri no binaria

6.4.3.5. Red de Petri conforme

Para un m a rc a d o inic ia l M 0 da do , se dic e qu e un a RdP es conform e si es bina ri a y viva .

RdP CONFORME

Figura 6.27. Red de Petri conforme

214 UPV-CFP

6.4.4. A r c o s i n h i b i d o r e s

Lo s a rc o s inhibidore s so n a rco s dirigido s qu e une n exc lusivament e lugare s c o n t ra nsic ione s . En e l e x t re m o de l a rc o junt o T ía t ™ n T — ( F i 6 .28.) se c oloc a un pequeñ o círcul o par a d e n <S°s N a r a e S a i n n i b i d o r a . Su denominació n vien e da d a po r e l hech o de qu e \a7£aTón

d e |a transició n im pl ic a da , se dará c ua nd o en e l luga r de ent rad a a dich a transición , c one c t a d o po r e l a rc o inhibidor , no ex ist a marc a a lguna .

En e l e je m pl o de la Fig . 6 .28 ., la validació n de la transició n se dará en el cas o c .

p f . \ P2

P3 I

P1 * P2

TI

•

NO VALIDADA HO VALIDADA

P2

T1

P3

/ y .

P1< «' ; P2

T I SE

Y P 3' •

ANTES D a DISPARO DESPUES DEL DISPARO

Figura 6.28. Arco inhibidor

6.4.5. M a rc a d o i nva r i a n t e

De nom ina re m o s u n m a rc a d o inva ria nt e , o simplement e invariant e de una RdP, qu e de nom ina re m o s R, qu e t ien e asoc iad o un subconjunt o de lugare s P ' e P y u n ve c t o r de ponderació n ( q i f q i , - . . . Ch.)' c u y ° s e , e " mento s pe r t e ne c e n a lo s número s e nt e ro s posit ivo s de ta l form a que :

q 1 M(P0 + q 2 M ( P 2 ) . . . + q r M (P r) = constante .pa r a cad a Me M 0

El c onjunt o d e luga re s P' es un c om pone nt e c o n s e ™ a t i ^ dic e c onse rva t iv a s i y sól o s i , P es un component e Jf J Pieda d de se r un c om pone nt e c onse rva t iv o es independjente > de l mamad o inic ia l , ésta e s un a propie da d e st ruc t ura l de la red . Por ot r a parte ,

UPV-CFP 215


c onst a nt e de l m a rc a d o inva ria nt e de pe nd e de l m a rc a d o in ic ia l . En genera l un c om pone nt e c onse rva t iv o t ie n e un sign.f .c a d o f is .c o . Por e jemplo , u , sist e m a está en un e st a d o únic o en c a d a m om e nt o , o s e m a nt ie ne n ••

* I

un un

númer o de e nt ida de s .

6.4 .6 . Ca pa c ida d de la s RdP e n la representació n d e la s re lac ione s e nt r e subp roc e so s

Una de la s característica s más in t e re sa nt e s d e la s Rd P es su capaci -da d de representació n gráfic a y porm e nor iza da , d e lo s d is t in t o s subsiste -ma s qu e c onst i t uye n un s is t e m a g loba l , e n t e nd ie nd o po r subsist e m a al c onjunt o de ope ra c ione s e st re c ha m e nt e in t e r re la c iona da s l le va da s a cabo pa r a la consecució n de un obje t iv o pa rc ia l . Po r e je m p lo , e l conjunt o de ope ra c ione s e le m e nt a le s l le va da s a c a b o po r un a máquin a d e cont ro l nu -mérico , de nt r o de un s is t e m a d e fabricació n a u t om a t i za do . Au n más, las RdP pe rm it e n m ode la r d e un a m a ne r a m u y e le ga n t e y le gib l e la s relacio -ne s ex ist ente s ent r e lo s d ive rso s subp roc e so s e x is t e n t e s e n un proces o globa l . En lo s a pa rt a do s s igu ie nt e s , a bo rda re m o s e l m ode la d o de lo s con -cepto s e x ist e nt e s más im por t a nt e s .

6.4.6.1. Secuenciación de tareas

La Fig . 6 .29 . pue d e re pre se nt a r , d e f o r m a po rm e no r i za da , la s dist inta s fase s (estados ) en la evolució n dinámic a de l f u n c i o n a m i e n t o d e un subsis -t e m a , a signa nd o a la s t ra ns ic ione s d e e n t ra d a y sa l id a d e c a d a luga r los evento s qu e de t e rm ine n e l pr inc ip i o y f i n d e la s d is t in t a s fa se s , y asignand o a c a d a un a de e lla s ( luga re s ) l a realizació n d e la s t a re a s c o n un nive l ade -c ua d o de gra nula r ida d .

Pi-1

• : Pi

T Pi+1

Figura 6.29. Secuenciación de tareas

216 UPV-CFP

G l a s X

o r dist into s s >

5 Ava da s %

lo . Au n

Un >

^ i b l e las s en un p r oce;

el ado de l 0 Sc&-

: ada, las

nt o de un suba

j e cada lugar i se s , y asignan: c o n un nivela*

M e dia nt e u n nod o d e selección , e s posibl e de t e rm ina r de ent r e t odo * ¡ 0 s posible s , u n d ispa r o d e la transició n d e e nt ra d a d e i secuenc ia , e x c luye nd o d e e st a realizació n a la s se c ue nc i a proc e dim ie nt o pue d e se r c onve n ie nt e ut i l iza rl o *-sistema , e l c on jun t o d e t a re a s a re a l iza r de p e de t e rm ina d o e ve nt o en exc lusiva .

un a de t e rm ina d a i re st a nt e s . Est e

c ua ndo , e n un de t e rm ina d o nd a d e la activació n de un

Pk /

/

T 1 T2

T T

Pj Pm

Figura 6.30. Selección de secuencias

6.4.6.3. Sincronización

Es un c onc e pt o comúnment e ut ilizad o cuand o se necesit a sincroniza r e ' func iona m ie nt o de do s o más subproc e sos , part iend o de un a situació n anterio r de evolució n inde pe ndie nt e . En la Fig . 6 .3 1 . se muestr a el model o d e RdP a re pre se nt a r . Cua lquie r a de lo s do s subproceso s pued e adelan -t e en la conclusió n de la s t a re a s , ya qu e su evolució n ha sid o indepén -d e t e hast a e l m om e nt o . El m ode l o pe rm it e un a situació n de mutu a espe -ra, el dispa r o de la transición ; po r end e la sincronizació n se producir á cuand o e st a nd o va l ida da , mediant e el marcad o de lo s do s lugare s de e n -cada , suced a e l e ve nt o a soc ia do .

U P V - C F P 217


T Y

i r T T •

11 zz

a) Pío de encuentr o (PE) b) semáfor o c ) PE simétric o

T w 1 n

12 T

d) PE asimétric o

Figura 6.31. Tipos de sincronizaciones

6.4.6.4. Concurrencia

Dos o más subproceso s se de fine n c onc urre nt e s , s i su ejecució n ocu -rre virtua lment e de mane r a simultánea . A part i r de un punt o de sincronis -mo , la evolució n de lo s subproc e so s im plic a do s transcurrir á de form a inde -pendiente uno s de ot ros ; po r lo t a nt o , en la s se c ue nc ia s respec t iva s de sus modelo s de RdP, puede n produc irs e dispa ro s de la s t ra nsic ione s antes , despué s o inc lus o simultáneament e c o n la s de la s ot ra s se c ue nc ia s concu -rrentes . La implementació n práctic a de la c onc urre nc i a en lo s cont rolado -re s lógico s programable s implic a qu e t od o e l código , c orre spondie nt e a las secuenc ia s implicada s en la c onc urre nc ia , se evalúa en un m ism o c ic l o de func ionamiento .

Ts

T

Pj Pk

Figura 6.32. Concurrencia

218 UPV-CFP

Sistemas de Eventos Discretos: Herramientas de

¿4 6.5. Compartición de recursos

La compartició n de recurso s es un concept o qu e se plante a cuand o ¿QS o más subproc e so s c om pa rt e n un únic o recurs o de l sist e m a . Por ejemplo , un a zon a de m e m ori a comú n de ejecució n de program a de sub -procesos , o e l robo t de c a rga /de sc a rg a qu e ut iliza n do s líneas t ransfe r de u n sistem a a ut om a t iza do . El obje t iv o de m ode la d o es impedi r qu e la c om -petenci a po r el recurs o result e en un bloque o o ma l func iona m ie nt o de l sistema . En la Fig . 6 .33 .,e l m a rc a d o de l luga r P 2, signif ic a qu e el recurs o está disponible ; po r e l c ont ra rio , la a use nc i a de m a rc a ha de inte rpre ta rs e com o qu e el re c urs o está siend o ut il izad o po r un c om pe t idor . Cuand o éste finalice , en su utilización , devolver á la m a rc a a p 2 .

T Y

Figura 6.33. Recurso compartido

6.4.6.6. Memorización

El luga r P 1 , de la Fig . 6 .3 4 ., m e m oriz a e l hech o de qu e la t ran s ha sid o dispa ra da ; c o n e ll o se ha c e posibl e e l dispa r o consiguient e de T2. As í m ismo , m e dia nt e la representació n de la Fig . 6 .34 ., se pued e memon -Z a r la c a pa c ida d de a lm a c e na m ie nt o po r e jempl o de un buffer . Mientra s e*¡st a un a m a rc a , de l t ot a l de la s pre vist a s en e l luga r P1 , la transició n T1 P°drá segui r e st a nd o va l ida d a en e l supue st o qu e P2 tambié n esté marca -da.

U PV -CFP 219


TI

P1, P2

T

P Í ; / :

P2

T2 TI

Fig ura 6.34. Memo riza ción

6.4.6.7. Ejecución en alternancia

Mediant e la disposició n de la Fig . 6 .35 ., se ha c e posibl e la ejecució n en a lternanci a de do s subprocesos . Mediant e e l m a rc a d o inic ia l se esta -blec e el orde n de comienz o en el func iona m ie nt o de lo s subproc e sos . La alternanci a se hac e posibl e puest o qu e a l f ina l de la ejecució n de l prime r subproceso , se deposit a un a marc a en un o de lo s luga re s de e nt ra d a de l siguient e subproceso . litación de ca

-aníe ¡a

'¡miro a p r e s e

Por e l c u i sin q u e s e r n i 'na d o d e r

Figura 6.35. Ejecución en alternancia de procesos

6.4.6.8. Lectura

Est a est ruc tur a de red , permit e condic iona r el dispa r o de la transició n Tu adic iona lment e po r el marcad o de P,; per o si n qu e dich o dispa r o signi -fiqu e la eliminació n de la marc a de P^ Cuand o se proced e a l dispar o de la

220 UPV-CFP


de c i -

itad a transición , c onve nim o s en denom ina r qu e se rea liz a un a "lec tura " dich o marcado . La ne c e sida d de rea liza r un a posibl e eliminació n de la tada marc a deberá c ont e m pla rs e a travé s de ot r a est ruc tur a adic iona l a l -ternativa , qu e no se c ont e m pl a en dich a f igura .

•

. P2

P1 T1

Figura 6.36. Lectura

6.4.6.9. Limitación de capacidad

Mediant e la representació n de la Fig . 6 .37 . se establec e un mecanis -mo de cont rol , po r e l c ua l se l im it a a un númer o máxim o de disparo s de la transició n "H si n qu e se dispa r e T 2 , c ondic iona d o po r la deposició n de un número de t e rm ina d o d e m a rc a s en e l luga r

T1

P1 P2

T2

Figura 6.37. Limitación de capacidad

CFp 221


6 .4 .7 . Re de s d e Pe t r i no-autónoma s

Hast a e l m om e nt o se ha n e st udia d o a lguna s de la s propie da de s de las RdP desd e e l punt o de vist a c ua li t a t ivo . A pa rt i r de est e a pa rt a do , se des -cribirá n la s RdP, cuy a evolució n que d a c ondic iona d a po r e ve nt o s externo s a l sist em a desc rit o po r éstas , así c om o po r la va ria bl e t ie m po .

6.4.7.1. Redes de Petri sincronizadas

La s RdP sinc roniza da s so n a que l la s en la s qu e c a d a transició n T tien e asoc iad o un evento , t e nie nd o luga r e l d ispa r o de dic h a transició n cuand o el event o ocurre . Lo s e ve nt o s e x t e rno s se c orre sponde n c o n c a m bio s de es-tad o de l mund o ex te rior .

En un a definició n form a l , un a RdP sinc roniza da , es un a t r iple t a

<R, E, S y n o

dond e R es un a RdP m a rc a da , E e s un c onjunt o de e ve nt o s externos , Syn c es un a funció n de l c onjunt o T de t ra nsic ione s d e R a E u {e } , dond e e, es el event o de sie m pr e oc urre nc ia .

El c onjunt o E= {E 1 , E 2, . . . }, es e l c onjunt o d e e ve nt o s e x t e rnos , don -de la notació n se c orre spond e c o n e l nom br e de l númer o de un event o ex te rno , y la notació n Ej se c orre spond e c o n e l e ve nt o a soc ia d o co n la transició n T j .

• P2

Ocurrencia de E

t JLm E3 Marcado de P,

o

Marcado de P2 ¿

Figura 6.38. Red de Petri sincronizada

UPV-CFP

p o . % .

ísició n cuand 0;

^ a m b i * de;:

a t r ip le t a

/ e n t o s externes i E u {e},

>s externos , ro d e un evento a soc ia d o con

Sistemas de Eventos Discretos: Herramientas de Mo

g.4.7.2. Redes de Petri temporizadas

En lo s sist e m a s a ut om a t iza do s la va ria bl e t ie m p o inte rvien e de form a cas i constante , en e l se nt id o de qu e e l inic io , f ina l y duració n de tod a un a seri e de ope ra c ione s está c ondic iona d a po r e st a va ria ble . Además , inde -pendientement e de l m ode la d o c ua l i t a t iv o de e st o s sist e m a s , la va riabl e t iemp o es indispe nsa bl e pa r a e l análisi s de la evaluació n en la ejecució n de lo s sist e m a s a ut om a t iza do s de producción . En est e t ip o de análisi s a gross o m odo , lo qu e s e pe rsigu e es pode r m inim iza r e l t ie m p o qu e el s is -

:ransic ¡óriT , t e m a P r o d u c t i v o d e d i c a a la s ope ra c ione s qu e no ofre c e n va lo r añadid o a l k product o susc e pt ib l e d e se r fa br ic a do .

Alguno s de lo s parámetro s ut i l iza do s pa r a e l a nt e rio r análisi s son :

• T ie m p o pr inc ipa l de fabricació n (M a nufa c t urin g Le a d T im e ) • T ra ba j o e n c urs o (Work -in-proc e ss ) • Utilizació n d e máquin a (M a c hin e ut i l iza t ion ) • I ndic e d e producció n (T hroughput ) • Ca pa c ida d (Ca pa c i t y ) • Fle x ib i l ida d (Fle x ibi l i t y ) • Eje c ut a bi l ida d (Pe rform a bi l i t y ) • Ca l ida d (Qua l i t y )

Ex iste n do s t ipo s d e Rd P t e m por iza da s , la s P-temporizadas , y la s T -temporizadas , e n la s qu e e l c onc e pt o de t e m poriza da s está re ferid o a lo s lugare s y la s t ra ns ic ione s , re spe c t iva m e nt e .

T T T

P, d, p, i * Mi p d, p. d,

T T 2 l

n i ) d, 7 el P, T

di P4 d,

Marcad o no cftspaní& e de P

Marcad a disponibl e de P,

Morcad o no dispon-pi e Cte P?

Dispar o de T,

Dispar o de T„ J

Figura 6.39. Red de Petri temporizada

á UPv- CFP 223

6 .4 .7 .2 .1 . Rede s de Petr i P-temporizada s

En una definició n forma l , un a RdP P-t e m poriza d a es un pa r <R, Tem -oo > ta l que - R es un a RdP marcada , y T e m p o es un a funció n de l conjunt o P de lugare s y de l conjunt o de número s rac iona le s posit ivo s o ce ro .

La notació n Tempo(P¡) = d , se re fie r e a la temporizació n asoc iad a a un

luga r P¡. r; ; , v.. ...». *¿ " f )

El principi o de func ionamient o de un a RdP t e m por iza d a es e l siguien -te : cuand o un a marc a se deposit a e n un luga r P¡, la m a rc a de b e permane -ce r en éste, al meno s durant e e l t ie m p o d¡. Est e pe riod o d e t ie m p o se de -nomin a period o de no-disponibil ida d de la m a rc a . Cua nd o e l period o de t iemp o ha t ranscurrido , sólo e nt onc e s la m a rc a está disponibl e ant e un eventua l dispar o de la transición . El cas o pa rt icula r , e n e l qu e la transició n se dispar a ta n pront o com o qued a disponible , s e de f in e c om o funciona-miento a la máxima velocidad.

6.4.7.2.2. Rede s de Pet r i T -t e m poriza da s

En el cas o de la s RdP t e m poriza da s , la temporizació n que d a asociad a a la transició n T¡. Una marc a pue d e t e ne r do s e st a dos : pue d e e st a r reser-vada par a el dispar o de un a transició n o pue d e e st a r no-reservada.

En est e caso, un a de t e rm ina d a transició n pue d e dispa ra rs e y una marc a se r depositad a en un c ie rt o luga r d e sa lid a P 1 f c o n lo c ua l la t ransi -ción de salid a T 2 de éste qued a va lida da . A pa rt i r d e e st a situació n se pue -de decidi r el dispar o de T 2 . Cuand o se de c id e e l dispa r o s e efectú a la '"re -serva " de la marc a par a dich o dispa ro , la c ua l , pa sa d o e l pe riod o de t iemp o d 2 ) se deposit a en P 2 c o n e l estad o de no-re se rva da .

6 .4 .7 .2 .3 . Modelo s de RdP par a sistema s de cola s

H¡onü n s i s t e m a1

d e ^ l a s , Pued e se r de finid o de un a m a ne r a simpl e aten -ían? 6Jemí f d e 1 3 V ¡ d a r e a l t a l c o m o , a c o l a d e l e n t e s qu e even -J l n í H O P U ? e / ° r m a r s e e n u n comerc io , dond e pode m o s dist ingui r una seri e de evento s ta le s como :

• a : llegad a de c lient e • s : comienz o de servic i o • c : servic i o comple t o y sa lid a de l c liente .

224 UPV-CFP

Sistemas de Eventos Disctetosjje^^ntas de Modelado

Obsérvese , qu e e st e e je m pl o pue d e ex tenders e a sistema s típico s de los sist e m a s a ut om a t iza do s de fabricació n dond e tenemos :

• L le ga d a de pie za s .

• Com ie nz o en e l proc e sa d o de la pieza .

• T a re a c om ple t a d a y sa lid a de la pieza .

Además , e n e st e t ip o de sist e m a s se ha n de considera r , com o pará -metro s a t e ne r e n c ue nt a , e l t ie m p o prom e di o de servic i o y la capac ida d de e nc ola m ie nt o .

En un a pr im e r a descripció n de l sist e m a , t e ne m o s un conjunt o de evento s T = {a , s , c } a soc ia do s a dife re nt e s t ra nsic ione s .

La transició n a , e s d e carácte r espontáne o y no requier e condic iones ; es dec ir , no re quie r e d e luga re s de e nt ra da . La transició n s depend e de do s c ondic ione s :

• d e la pre se nc i a de c l ie nt e s en la cola .

• d e qu e e l se rvido r esté oc ioso .

Est a s do s c ond ic ione s pue de n representa rs e mediant e do s lugare s de ent rad a a d ic h a transición , e l luga r Q (cola ) , y el luga r I (oc ioso) . Por últim o la transició n c ne c e si t a qu e e l se rvido r esté ocupado ; po r tanto , se int rodu -ce un luga r d e e nt ra d a B (oc upa do) . Fina lment e el conjunt o de lugare s

fina le s es P = { Q, I , B) .

Lle ga d a c lie nt e Y

Q •• i

V

Com ie nz o se rvic i o

8

Fin servic i o Sa lid a c lient e

Figura 6.40. Red de Petri para un sistema de colas

225

ÜPV-r.FP H ü


En e l gra f o de la Fig . 6 .40 ., se m ue st r a e l m ode l o de RdP par a el si t e m a de cola s de sc rit o . En él, inic ia lm e nt e , se ha supue st o qu e la col a e ' r vacía a l no tene r m a rc a s en Q. También , e l se rvido r está oc ios o al esta r ^ luga r I c o n un a m a rc a . Est e e st a d o inic ia l de f in e e l m a rc a d o [0 , 1 , rj] . Deb do a qu e la transició n a está sie m pr e va l ida da , se pue de n gene ra r distint o c a m ino s de m ue st re o . Por e je m plo , la Fig . 6 .4 1 . , m ue st r a el cas o en qu e

do s c liente s se e nc ue nt ra n en c ol a y un o está sie nd o a t e ndido ; dich o esta -do se c orre spond e c o n e l m a rc a d o [2 , 0 , 1 ] , re sul t a nd o de la secuenci a de dispa r o {a , s , a, a , c , s , a }.

Aun

0ntemPla

reparación tendremos

c

a Llegad a dient e

Q

Comienz o servici o

B

c Fin servici o

Salid a dient e

I

\

\

/

/

Figura 6.42. Ejemplo sistema de colas

Podemo s int roduc i r un mode l o c o n un nive l de de ta ll e más elevado , inc luyend o un a transició n adic iona l D: pa rt id a de l c lient e

La cua l requie r e la condició n F (c lient e fina lment e a tendido) .

Adic iona lmente , e l proces o de llegad a ex te rn o pued e representars e mediant e un luga r A de ent rad a a la transició n a, de form a qu e siempr e se mantendr á un a marc a en dich o luga r manteniend o la transició n a validada .

226 I J D \ / -CFP

A

Q

6

a

W 0 | . (Un

4 i

\ S r H °

c a s 0


'°So Qi ' 9% En est e nuev o m ode lo , qu e pode m o s observa r en la Fig . 6 .42 ., ten ¬tO, 1 n?st¡)f, dremo s

^ e r a ' r n W 51 r a . d|s:-". r T = {a , s , c , d} y P = {A , Q, I , B, F). l S P

C t l ° ^ A u n m á s ' a l n u e v 0 m o d e l ° s e l e P u e d e incorpora r la posibilida d de U e r W! contempla r la posibi l ida d de b: avería y de r: reanudació n t ra s un a eventua l

reparación , int roduc ie nd o un nuev o luga r D (caída de se rvidor) . Por tant o tendremo s

T = { a , s , c , d , b, r} y P = {A , Q, I , B, F, D}.

A ; •

d

d

más e le v

repte** p<e * j e

Figura 6.42. Ejemplo de sistema de colas

Eje m pl o I : (Líne a de t ra nsport e de t re s e tapas )

Conside ra re m o s la línea de t ransport e de t re s e tapas , most rad a en la F i 9 - 6 .43., c o n t re s máquina s y do s puesto s de a lmacenamient o (buffers) . u n a máquin a c om ie nz a e l proc e sa m ie nt o s i hay , po r lo menos , un a piez a e n el buffe r de e nt ra d a y s i ha y un a ranur a vacía en el buffe r de sa lida . Apone m o s qu e ha y un espac i o ilim itad o en e l buffe r de ent rad a par a M1 y

C H UPV-CFP 227

i h „f f p r de salid a de M3. Se supondr á qu e e l me -un espaci o ilimitad o en e but fe r oe s¡ ^ ( ¡ e m p o ¡ n s ¡ g n ¡ f ¡ c a n t e p a r a

canism o de transport e ut iliz a " ™ , b f f e r d e ent rad a y de l buffe r de transporta r una piez a desd e la maquin a salid a a la máquina .

M2

¿escarg a

( B 2 ) - M3 O •

F/gur a 6.43. Línea transífer de tres etapas.

El model o de re d de Petr i t emporizad a pa r a e st a líne a de t ra nsport e m u e s t r e n la Fig . 6.44., La interpretació n de luga re s y la s t ra nsic ione s muestr a en la Tabl a 1 .

se se

Lugare s

bi

mi

pl

p3

P 5

p4

P 6

ranura s disponible s en e l buffe r Bi ; i

Mi disponible , i=1 ,2 ,3

piez a siend o proc e sa d a po r M1



pieza s qu e espe ra n en e l buffe r d e BI

pieza s qu e espe ra n en e l buffe r d e B 2

pieza s qu e sa le n de l s ist e m a

1 , 2

T ra nsic ione s t 1

t 2

t 3

t 4

t 5

t e

comienz o de proc e sa d o de M1 ( I nm e dia t a )

fina l de procesad o de M1 (T e m por iza da )

comienz o de proc e sa d o de M 2 ( lnm e dia t a )

fina l de procesad o de M 2 (T e m por iza da )

comtenz o de proc e sa d o de M 3 ( lnm e dia t a )

í l l l f ^ ^ M 3 (T e m poriza da )

La leyenda para la TPNM de la Fig. 6.44.

28 UPV-CFP

Figura 6.44. Modelo de red de Petri temporizada del ejemplo de la Fig. 6.43.

El obje t iv o aquí es usa r e st e m ode l o pa r a predec i r la ocurrenc i a de diverso s e ve nt o s disc re t o s e n e l sist e m a , c om e nza nd o desd e un a marc a Ricia l de t e rm ina d a Mo . Est o se rea liz a m e dia nt e la ejecució n de la re d de Petri ; es dec ir , d ispa ra nd o t oda s la s t ra nsic ione s va lidada s qu e comienza n desd e Mo. Cua le squie r a t ra nsic ione s conflic t iva s se resue lve n exac ta -ment e c om o en e l sist e m a origina l y supone m o s qu e ex ist e un a interfa z l i b r e de fa l los , e nt r e e l m ode l o y e l sist e m a rea l , par a comunica r la s dec i -d e s de más a lt o nive l .

El m ode l o de re d de Pet r i de la Fig . 6 .44 ., t ien e do s t ipo s de transic io ¬n e s . La s t ra nsic ione s inm e dia t a s qu e emplea n t iemp o cer o par a su dispar o

U P V - C F P 229


y la s t ra nsic ione s qu e se t om a n un t ie m p o de duració n finit a par a dispara r se . Ge ne ra lm e nt e en lo s e st udio s de evaluació n de ejecución , est a dur a ción de t ie m p o se t om a c om o un a va ria bl e a le a t ori a c o n distribució n expo nenc ia l .

6.5. Interpretación de las redes de Petri

• Una RdP interpretrada (RdPI) se define por:

• Una RdP marcada <R,M0>;

• Una aplicación de T en E que asocia a cada Transición T, un evento E¡;

• Una aplicación de T en C que asocia a cada Transición T¡ una condición externa 0¿

• Una aplicación de T en Z, que a las transiciones les asocia salidas impulsionales.

• Una aplicación de P x C en Y, que a los lugares les asocia salidas a nivel, eventualmente condicionadas.

• Reglas de evolución del marcado de una RdPI.

• Regla n°1: el disparo de una transición T¡ sensibilizada sólo se realiza si se verifica C,E¡. En estas condiciones se dice que T¡ es receptiva a la condición y al evento.

• Regla n°2: cuando una transición es disparada, todas las salidas impulsionales asociadas a T¡ son generadas.

• Regla n°3: para un marcado dado, las salidas a nivel aso-ciadas a los lugares marcados son generadas si se verifi-can las condiciones externas que eventualmente les pue-den estar asociadas. Si Yy es una salida asociada a un lu-gar P¡ condicionada por Cij} se dirá que la salida es sensi-ble a dj, cuando P¡j está marcado.

Implementación de automatismos mediante RdP interpretadas.

Nos c e nt ra re m o s funda m e nt a lm e nt e en la s RdP bina rias , com o las más a de c ua da s par a la modelizació n de lo s cont roladore s lógico s progra -mable s (Autómata s Programables) .

230 UPV-CFP

Modelado

la ide a fundamenta l consist e en implementa r cad a luga r de marcad o binari o mediant e un a memori a binari a (biestable ) y establece r la corres -pondenci a ent r e la puest a a " 1 " de la memoria , y e l marcad o de l luga r c o -rrespondiente .

Obviament e par a la implementació n de RdP no binaria s se deberá utilizar , par a cad a luga r qu e pued a contene r k marcas , un contado r módul o k+1 o mayor .

Com o se ha vist o , en la interpretació n de la s RdP se realiz a un a dis -tinció n en la na tura lez a de la s sa lida s asoc iada s a lugare s y t ransic iones .

Se pue de n c la sif ic a r do s t ipo s de sa lidas :

• Sa lida s de nive l .

• Sa lida s im pulsiona le s .

La s sa l ida s a nive l pue de n se r mode lada s mediant e un a variabl e boo -leana . Tendrá n un a duració n finit a en e l t iempo . Por e jemplo :

• M ovim ie nt o a la de re c ha .

• Ape rt ur a d e válvul a V.

La s sa l ida s im pulsiona le s no t ie ne n duración ; en la práctic a se asoc ia -rán a f la nc o s d e subid a o ba ja d a de va riable s booleanas . Estará n espe -c ia lment e indic a da s pa r a e je c ut a r órdene s en pre -acc ionadore s de t ip o biestable .

Re sum e n :

Un e ve nt o e s un suc e s o de na tura lez a a lea toria , asinc ron a y de es -pectr o t e m pora l nulo , a soc ia bl e a l f la nc o de subid a o bajad a de un a varia -ble booleana .

T od o sist e m a , inc luido s lo s de va riabl e cont inua , puede , en un deter -minad o nive l d e abstracció n ser , conside rad o com o sistem a de evenio s discretos .

Una re d de Pe t r i es un sistem a basad o en lo s concepto s de estado s y

eventos .

UPV-CFP 231

KODOiica y HUiommioa

M e dia nt e un a re d de Pe t r i pue d e e st a ble c e rs e un m ode l o gráfic o acer -c a d e la relació n e x ist e nt e e nt r e dist int o s subproc e so s de l sist e m a .

La ecuació n funda m e nt a l d e la s re de s d e Pe t r i pe rm it e conocer , me -dia nt e proc e dim ie nt o s analíticos , e l m a rc a d o a lc a nza bl e po r la m isma , da -do un m a rc a d o inic ia l y un a se c ue nc i a d e dispa ro .

La s RdP bina ria s se ha n de m ost ra d o c om o la s más a de c ua da s par a la implementació n de a lgori t m o s d e c ont ro l e n disposit ivo s d e lógic a progra -mada .

Re fe re nc ia s bibliográficas :

• Ca ssa ndra s C.G. Discrete Event Systems: Modeling and Performance Analysis. Ak se n Assoc ia t e s I nc orpora t e d Publ ishe rs , 1993 .

• David , R., Ha lla , H. Pe t r i Ne t s & Gra fc e t : Tools for modelling discrete event systems. Pre nt ic e -H a l l I nt e rna t iona l Edit ions , 1992 .

• David , R., Ha lla , H. Du Grafcet aux réseaux de Petri. Edit ion s Hermés. Paris , 1989 .

• Denham , M.J . , Laub , A .J . Advanced Computing Concepts and Techni-ques in Control Engineering. N AT O AS I Se rie s , Adva nc e d Scienc e Inst it ute s Se ries , 1988 .

• Silva , M. Las Redes de Petri en la Automática y la Informática. Edito -ria l A C , 1985.

• V isw a na dha m , N., N a ra ha r i Y. Performance Modeling of Automated Manufacturing Systems.. Pre nt ic e -H a l l , 1992 .

• M iche l , G. Autómatas Programables Industriales. Editoria l Marcombo , 1990.

232 UPV-CFP

C A P I T U L O

INTRODUCCIÓN AL GRAFCET

7.1. El Grafcet: Gráfico de Mando etapa/transición

7.2. Reglas de Evolución........

7.3. Estructuras en el Grafcet

7.4. Ejemplos de aplicación...

7*5. Macro-representaciones..

247

Introducción al Grafcet

Objetivos :

. Conoce r método s potente s y eficace s para el modelad o de siste -mas automatizado s co n un gran númer o de entrada s y salidas .

• Describi r lo s distinto s elemento s que constituye n un diagram a grafcet .

• Conoce r las cinc o regla s del grafce t que determina n la dinámic a de los sistema s implementado s co n est a herramienta .

• Describi r las distinta s estructura s básica s y lógica s que permite n el diseñ o de automatismo s complejos .

7.1. El Grafcet: Gráfico de Mando etapa/transición

El Gra fc e t e s un métod o gráfic o d e m ode la d o de sist e m a s ba sa do s e n automat ismo s d e carácte r se c ue nc ia l . Surg e c om o c onse c ue nc i a de la volunta d de unif ic a r y ra c iona l iza r lo s le ngua je s de descripció n re la t ivo s a los sist ema s lógico s e n ge ne ra l , y d e lo s a ut om a t ism o s de carácte r se -cuencia l en pa rt ic ula r . Lo s t ra ba jo s d e investigació n qu e ha n precedid o y originad o e st e método , c o n t ot a l implantació n e n e l m und o indust ria l de lo s automat ismos , fue ro n lo s t ra ba jo s d e P. GI RAU D qu e int roduj o lo s c on -cepto s de re c e pt iv ida d y e t a pa , y e n la m ism a époc a e n EE.UU. lo s de Kar l Petr i que , a pa rt i r d e s u t e si s doc t ora l , int roduc e la s de nom ina da s rede s de Petr i (Pe t r i N e t s) .

En lo s c ont rola dore s lógico s ba sa do s e n la lógic a progra m a da , a di fe -renci a de la fabricació n e n se ri e de un gra n númer o de ta rje ta s co n C.l . de lógic a T T L o CM OS, no re sult a de c isiva , ba j o e l punt o de vist a de lo s c os -tes , busca r un a se ri e d e ope ra c ione s de c ont ro l se c ue nc ia l rea lizable s co n un númer o mínim o de "pue rt a s lógicas" . El c ost e de dich a búsqued a ba sa -da en la aplicació n de lo s método s t ra dic iona le s K a rna ugh , McCIuskey , Tabla s de Fases , re sult a e x t re m a da m e nt e e ngorrosa , da d o qu e un a de la s característica s a de st a c a r e n lo s a ut om a t ism os , sobr e t od o en lo s de dic a -dos al cont ro l de m e dia no s y gra nde s proc e so s indust ria les , es e l e levad o número de va ria ble s de e nt ra d a y sa lid a qu e en e llo s inte rvienen . A c onse -cuenci a de e llo , lo s método s clásico s de síntesis , visto s t radic iona lment e en la electrónic a digit a l , se m ue st ra n ina de c ua do s par a su t ra tamiento , ya ^ e la intervenció n de más de 5 ó 6 va riable s de ent rad a complica n so -bremaner a su resolución .

U P V - C F P 235


Por ot r a pa rt e , t e nie nd o en cuent a e l incesant e aba ra tam ient o de lo s C.l . d e m e m oria , la utilizació n de ésta pued e rea liza rs e si n excesiva s ob -se sione s e n la minimizació n de l a lgorit m o de cont ro l a implementa r en la m e m ori a de l disposit iv o progra m a ble , c onside ra nd o qu e lo s coste s en d i -seño pa r a la minimizació n pue de n result a r poc o rentable s en término s c om pa ra t ivos .

Por lo e x pue st o a nt e riorm e nt e , e l Gra fc e t no se aplic a de part ida , bus -c a nd o la minimizació n de la s func ione s lógica s qu e m ode la n la dinámic a de l sist e m a . La me jo r c ua lida d de l Gra fc e t radic a e n qu e es un a herra -m ient a pode ros a y sobr e t od o metodológica , pa r a la implementació n de lo s a ut om a t ism o s de carácte r se c ue nc ia l . M e dia nt e un a aplicació n ade -cuad a present a c ie rt a s c ua l ida de s e n lo s m ode lo s qu e pue de n implemen -ta rse , t a le s como :

• c la rida d .

> legibil idad .

• presentació n sintética .

í

0 ote l a etaf

su in t a rio r y e

I

3 pueden

La s princ ipa le s característica s de l Gra fc e t c om o he rra m ie nt a de m o -delad o de sist e m a s de e ve nt o s disc re t o s so n que :

• Ofrec e un a metodologí a de programació n e st ruc t ura d a "t op -dow n " (de form a de sc e nde nt e ) , qu e pe rm it e e l desa rroll o c on -ceptua l de lo ge ne ra l a lo pa rt icula r , de sc e ndie nd o a nive le s mu y prec iso s de descripció n y descomposició n (gra nula rida d ) en la s Aapa normal (a) dive rsa s t a re a s a lleva r a c a b o po r e l a ut om a t ism o en su s dis - ^ salida. £| C c \ t inta s fa se s de ejecució n y func iona m ie nt o .

• Permit e la introducció n de l c onc e pt o de diseñ o est ruc turado , de &ap a(j . form a qu e la s dive rsa s "t a reas " de l a ut om a t ism o se est ruc tura n l| as

6 'Hicialj de form a je ra rquiza da , m e dia nt e e l forza d o de evento s de mo - 6 deberán délos Gra fce t jerárquicament e supe riore s .

7.1.1. Definició n de concepto s y elemento s gráfico s asociado s

7.1.1.1. Etapa

Se de fin e la e tap a com o la situació n de l sistem a en la cua l t od o o un a ^ part e de l órgan o de mand o es invariant e co n respec t o a la s ent radas - ^ Sg^ sa lida s de l sist em a automat izado . \ ' Qr e r o

» no

236 UPV-CFP


la característic a funda m e nt a l de la e tap a es la inclusió n intrínsec a de l oncept o de activació n (marcad o bina rio ) y la de acció n o acc ione s a soc ia -

das. La e t a P a P u e d e e s t a r a c t i v a d a o no ac t ivad a (marcad a o no marcada ) .

Gráficament e la e tap a norma l se represent a po r un rectángul o qu e se numer a en su inte rio r y en la pa rt e superior , dand o de est a maner a un se n -tido de secuenc ia lida d a la s e tapa s representada s (Fig . 7 .1 .).

•

Figura 7.1. Etapa

Las etapa s puede n ser :

Etap a norma l (a ): Está ligad a a un a transició n de ent rad a y a otr a de sa lida . El c onc e pt o de Transició n se definir á poste riormente .

Etap a de inicializació n (b) : la s e tapa s de inicializació n so n aque -lla s qu e deberá n queda r ac t ivada s a l comienz o de la ejecució n de l a lgoritm o de cont rol . Cuand o la e tap a es de inicialización , e rectángul o se represent a co n dobl e recuadr o (Fig . 7.2.)

Etap a fuent e (c ) : es la e tap a qu e no pose e transició n de entrad a

Etap a sumider o (d) : es la etap a qu e no pose e transició n de sa li -da y, po r tanto , no está conec tad a co n ningú n element o de sa li -da .

Ü p V - C F P 237

Rebotica y Automática T

10

(a) (b)

(c ) (d)

Figura 7.2. Tipos de etapas

7.1.1.2. Acción asociada

Se t ra t a de un a o más posible s ope ra c ione s a rea liza r sobr e e l siste -ma , cuand o la e tap a de la cua l de pe nde n dicha s ope ra c ione s se encuentr a ac t ivada . La situació n de e tap a ac t ivada , se indic a mediant e la colocació n de un a marc a en el interio r de l gráfic o representa t iv o de la e tapa .

La acció n o acc ione s e lementa le s a rea liza r durant e la e tap a en el sistema , viene n indicada s mediant e la s e t ique tas , qu e so n rectángulo s conec tado s a la s e tapa s correspondiente s y sit uado s a la derech a de las mismas . En su interio r se indica , bie n de form a lit e ra l , bie n de form a sim -bólica , lo qu e deb e rea lizars e (Fig 7 .3 .).

238 UPV-CFP

Cuando la e ta f

?3C¡ones)ee n

,ndiente/s) . D

I Reales : automat i un moto r

i Interna s de c on t r (

cálculo s

' Extern a

respecto

focondi ic activada s

i

cond

¡a

ici o c o n d i

e t a p a c

s el eJern P l o d

c i a


1 10 1 Abrir Válvula I

1 • Abrir Válvula I

Figura 7.3. Acción asociada

Cuand o la e t a p a está a c t iva , se e jecuta n sobr e el proces o la s acc ione s (operaciones ) e le m e nt a le s re fe re nc ia da s (insc rit a s en la /s e t ique t a / s c o -rrespondiente/s) . Dic ha s a c c ione s pue de n se r c la sif ic a da s com o sigue :

• Reales : se t ra t a de a c c ione s c onc re t a s qu e se produce n en el a ut om a t ism o , t a le s c om o a brir /c e rra r un a válvula , a rranca r/pa ra r un motor , e t c . A s u ve z se c la sif ic a n en :

• Internas : so n a c c ione s qu e se produc e n en e l propi o disposit iv o de c ont rol , t a le s c om o t e m poriza c ione s , ope ra c ione s de cuenta , cálculo s numéricos , e t c .

• Externas : se produc e n sobr e e l proc e s o en sí, ex te rnament e re spe c t o de l disposit iv o lógic o de c ont rol .

• Incondicionales : so n a c c ione s qu e se e jecuta n co n sol o queda r a c t iva da s la s e t a pa s c orre spondie nt e s .

• Condicionales : so n a que l la s qu e requie re n e l cumplim ient o de un a condició n (funció n lógica ) a dic iona l a la propi a activació n de la e t a p a c orre spondie nt e .

En el e je m pl o de la Fig 7 .4 . se da el supue st o de qu e va ria s acc ione s Pueda n esta r a soc ia da s a un a e t a p a c onc re t a : pue d e da rs e el cas o de qu e algun a acció n pue d a esta r c ondic iona da , además , a l c um plim ie nt o de un a Unción boole a na . La t a re a de abri r la válvul a n 9 1 se ejecutar á incondic io -n a ' rne nt e , un a ve z se ac t iv e la e t a p a c orre spondie nt e asoc iada , per o la acción cerra r válvul a n 9 2 ne c e sit a , además , qu e se cumpl a la condició n

U P V - C F P 239

Robotica y Automática * i

10

• Abíir váK/ula n°1

P I I O , Cerra» V'átvul a i r ? todo

Figura 7.4. Acción condicional posición

V irt ua le s

No se realiz a ningun a acció n sobr e e l sist e m a ; sue le n ut i l iza rs e com o situacione s de esper a a qu e se produzc a n de t e rm ina do s e ve nt o s o se active n determinada s ent rada s a l sist e m a , qu e pe rm it a n la evolució n de l proceso . En esta s e tapa s la e t ique t a est a vacía o si n e t ique t a . El estad o de

m m m M m m m M - m —

Í concept o .c onse c ut iv a

í A tod a tra

ógic a boo h

dera o fa lsa .

activació n de un a etap a se indic a gráficamente , m e dia nt e la colocació n de :a dice que la una señal de test ig o (token ) en e l inte rio r de la e t a pa .

En la Fig 7.5., lo s caso s (a), (b) , (c ) , y (d) , so n re pre se nt a c ione s e qui -valente s de un a mism a e tap a de carácte r c ondic iona l .

h

(a >b ) (a +• b j c

[a] Ib)

10

ía^b ) :

Ce? ( d i

Figura 7.5. Representaciones de etapas condicionales

240 UPV-CFP

.Píamente prec <

• 3de la transic i

::eptivida d es \

A /

D l ament e se

ámente al an

I

9 la


Una e tap a no ac t iv a pued e ser , a su vez , inac t iv a o act ivabl e La dife ¬r e n c i a entr e a m ba s vien e da d a debid o a qu e en la e tap a act ivabl e la t ra n -sición inmediat a ante rio r est a va lida da ; y lo está porqu e la etap a inmediat a

a nterio r está ac t iva .

cedent e Por tod o e llo , un a e tap a es ac t ivabl e cuand o está act iv a la etap a pre -

11.1.3. Transición y receptividad

El concept o de transició n se a soc i a a la barre r a ex istent e entr e do s etapas consecut iva s y c uy o fra nque a m ie nt o hac e posibl e la evolució n de l sistema . A t od a transició n le c orre spond e un a condició n de transició n o funció n lógic a boole a n a qu e se de nom in a recept ividad , y qu e pued e se r verdader a o fa lsa .

Se dic e qu e la transició n está va lida da , cuand o la e tap a o etapa s in -mediatament e pre c e de nt e s a la transició n están ac t ivadas . El franquea -mient o de la transició n se producir á si , y sólo si , la transició n está validad a y la recept ivida d es ve rda de ra .

Gráficament e se re pre se nt a m e dia nt e un segment o de rect a dispuest o ortogonalment e a l a rc o , segú n se indic a en la Fig 7.6.

Transició n n° 10

Figura 7.6. Transición

La recept ivida d pued e esc ribirs e de form a lite ra l , o de form a simbólica ; V d e b e situars e a la de rech a de l símbol o gráfic o de la transició n

U p V - C F p 241


En la Fig 7 .7 . se ha n dispuest o dive rsa s m a ne ra s de esc ritur a de la .f$ recept ividad :

Caso a: Form a lit e ra l . Caso b: Form a simbólica .

0 1 un se g

Caso c: Form a espec ia l de indica r re c e pt ivida d sie m pr e ve rdade - a fCo e S e r 0

ra . L ,erSa' Caso d: En la recept ivida d se t om a en c ue nt a e l f la nc o de subid a cüfflP'' rS e

asoc iad o a la va riabl e h. Caso e: En la recept ivida d se t om a en c ue nt a la activació n si -multáne a de ambo s f la nc o s de sc e nde nt e s a soc ia do s a la s va ria -ble s a y c . Caso t En est e cas o se t om a en c ue nt a e l f la nc o ascendent e coinc ident e co n el f ina l de la temporización . Arc e asce i

r tü

Operació n finalizad a • i- • r

(a) (b) (o)

d T D

(d )

10

• \

10

(e) (f)

Figura 7.7. Formas de representar la receptividad

Por ot r a parte , la s t ransic ione s puede n c lasif ica rs e en :

Transició n fuente : s i no está ligad a a un a e tap a ante rior . Transició n sumidero : s i no está ligad a a un a e tap a poste rio r

242 UPV-CFP

arcos pueder l ( o s d ia g

" : s u na f le c h rama: a en

los

de

e|ementc f un con< ar

ue

He de un


Est e t ip o de t ransic ione s se sue le n ut ilizar , po r mot ivo s de simplif ica -ción y clarificació n en la escritur a de lo s diagramas , cuand o es necesari o representa r el mode l o de l sistem a mediant e hoja s aparte .

7,1.1.4. Arco

Un a rc o es un se gm e nt o de rec t a qu e un e un a transició n co n un a eta -pa o vic e ve rsa , pe r o nunc a e le m e nt o s homónimo s ent r e sí. Obliga tori a ment e ha de c um plirs e la a l t e rna nc i a ent r e e t a pa s y t ra nsic ione s (Fig 7.8.)

Figura 7.8. Etapas y transiciones

Lo s a rc o s pue de n re pre se nt a rs e en se nt id o ve rt ic a l y horizonta l al const rui r lo s dia gra m a s , s i bie n lo s a rc o s ve rt ic a le s quedará n orie nt a do s mediant e un a f le c h a en e l c a s o qu e s u se nt id o se a a sc e nde nt e .

V isto s lo s e le m e nt o s básico s qu e int e rvie ne n en un dia gra m a Gra fce t , podemo s int roduc i r un prim e r e je m pl o de m ode la d o qu e servir á de ayud a al lec to r pa r a fi ja r c onc e pt os . Pa ra e ll o he m o s se le c c iona d o un senc il l o disposit iv o de a rra nqu e y pa ra d a de un motor .

• E je m pl o n 9 1

Se dispon e de un moto r junt o c o n do s pulsa dore s de a rra nqu e A. y parad a P.

En un prime r m om e nt o c onside ra m o s la situació n de pa rad a de l motor , que a soc ia re m o s c o n la propi a e t a p a de inicialización . Cua nd o en situació n de repos o a soc ia d a a la inicialización , pulsa m o s A re unim o s la s condic io ¬n e s de fra nque a m ie nt o de la prim e r a transició n (E 0 = T , A = T ) c o n lo

UPV-CFP 243


cua l , de inmedia to , pas a a ac t ivars e la e tap a 1 . El moto r volver á a la situa -ción de pa rad a co n sol o ac tua r sobr e el pulsado r P.

_ — _ p

t ' • ' 1 r _ .

Figura 7.9. Ejemplo

7.1.1.5. Trazos paralelos

Se ut iliza n pa r a representa r va r ia s e t a pa s c uy a evolució n está condi -c ionad a po r un a m ism a transició n (Fig . 7 .1 0 .). Lo s t ra zo s pa ra le lo s se ut ili -zarán par a la implementació n de l c onc e pt o de c onc urre nc i a ent r e subpro -cesos .

• * i

a b+ c

19 20

Figura 7.10. Trazos paralelos

244 UPV-CFP


j¿. Reglas de E volurión

L a dmam,c a e volut iv a de l Gra fce t vie n e dad a po r un conjunt o de reala s u e pasamo s a e nunc ia r se guida m e nt e . Tambié n rea liza remo s una s £

d e de finic ione s qu e no s ayudar á a ana liza r e l comportam ient o de l sistem a T o d o e ll o no s va a pe rm it i r ha c e r un se guim ie nt o de la s marca s a travé s del diagram a func iona l . • t r a v e s

a)

b )

c )

• G a + b =1

[

• • •

— a + b» 0

L J

• JL JL •

— a +b =1

r U

No se produc e franqueamient o po r no esta r validad a la transició n

No se produc e franqueamient o po r no ser ciert a la condició n

Figura 7.11. Reglas de evolución

U P V - C F P 245

Robótica y Automática $e9 l a n 9 4

7.2 .1. Condicione s evolutivas : las cinc o regla s del Grafce t

La s c inc o regia s qu e se describe n seguidamente , de fine n la dinámic a evolut iv a de lo s sistema s mode lado s mediant e est a he rramienta .

• Regla n°1

La situació n inic ia l de un Gra fce t , ca rac te riz a e l c om port a m ie nt o inic ia l de la Part e de Cont ro l frent e a la Part e Ope ra t iva , e l ope rado r o lo s e le -mento s ex teriores . Se correspond e co n la s Etapa s ac t ivada s al princ ipi o de l func ionamient o y se correspond e en ge ne ra l co n un a situació n de re -poso .

La e tapa /s de inicializació n se ac t iva n de form a inc ondic iona l .

r r a n s i c i o n

5 e f r a n q t

J i a s c ° n d i c

la r e g l a d d e s c o m p o s i

' de form a I niza c io n E

,,erveni r en l< ; las e t a pa s .

Regl a n 95

• Regla n °2 Si durant e

Una transició n se dic e va lidad a c ua nd o t oda s la s e t a pa s inm e dia t a - i simultáne a ment e precedentes , unida s a dich a transición , están a c t iva da s . • antenerse a(

El franqueamient o de un a transició n se produc e :

• Cuand o la transició n está V ALI DADA , y

• Cuand o la RECEPT I V I DA D a soc ia d a a dic h a transició n es V ER-DADERA .

3. Es truc

Una transició n pued e estar :

• va lidad a

• no va lidad a

• liberad a (franqueada )

; Consiste n *an capac id a ;sgos puede t fe a t ie nde n fermiten real' ^procesos .

entr e sí <

va lidada . Una e tap a se de fin e com o a c t i va b le , s i la transició n pre c e de nt e está

E s t r u c

• Re gl a n°3

El franqueamient o de un a transició n t ien e c om o c onse c ue nc i a la a c t i -vació n de toda s la s e tapa s siguiente s inmedia tas , y la desactivació n de la s inmedia ta s precedentes .

246 UPV-CFP

3 U . Se c i

y Üna s e (

! S r a . E n * d a t ra ns i c

Introducción al Gra

• Re gl a n 9 4

T ra nsic ione s c one c t a da s en pa ra le l o f ra nque a -bles , se f ra nque a n de form a simultáne a s i se c um -ple n la s c ondic ione s pa r a e llo .

La re gl a de f ra nque a m ie nt o simultáne o pe rm it e la descomposició n de un Gra fc e t en va rio s dia gra -mas , de fo rm a qu e a se gur a r igurosa m e nt e su s in -cronización . En e st e c a so , es indispe nsa bl e hace r interveni r e n la s re c e pt iv ida de s lo s e st a do s ac t ivo s de la s e t a pa s .

Tn-2

Tn-1

n

Tn

• Re g l a n 9 5

Si dura nt e s u func iona m ie nt o un a m ism a e tap a es simultáneament e a c t iva d a y de sa c t iva da , deberá mantene rs e a c t iva da .

Tj

Figura 7.12. Secuencia única

7.3. Estructuras en el Grafcet

Consist e n e n un a se ri e de e st ruc t ura s qu e dota n al Grafce t de una gra n c a pa c ida d d e representació n gráfic a de lo s automa t ismos . A grande s rasgo s pue de n se r c la si f ic a da s en e st ruc t ura s básica s y lógicas . La s bási -cas a t ie nde n a c onc e pt o s t a le s c om o se c ue nc ia lida d y concurrenc ia , y permite n re a liza r e l análisi s de l sist e m a mediant e su descomposició n en subprocesos . La s e st ruc t ura s lógica s a t iende n a concepto s de concatena -ción ent r e sí de la s a nt e r iore s e st ruc t ura s .

7 .3 .1 . E s t r u c t u r a s básica s

7-3.1.1. Secuencia única

Una se c ue nc i a únic a está compuest a de un conjunt o de etapa s q van siend o a c t iva da s , un a t ra s ot ra , si n interacció n co n ™ n ? u ™° ™ t r uc t ura . En la se c ue nc i a única , a cad a e tap a le sigu e un a sol a transició n y °ada transició n es va lidad a po r un a sol a e tap a (Fig - 7.12.).

UPV-CFP 2 4 7

Rebotica y Automática , 0

en***

La se c ue nc i a se dic e qu e está ac t iva , s i un a de su s etapa s lo está. Se ^ H d ^ e 1 3

a s a a s

dic e inac t iva , s i t oda s su s e tapa s lo están .

7.3.1.2. Secuencias paralelas

Se denomina n secuenc ia s para le la s al conjunt o de secuencia s única s qu e so n ac t ivada s de form a simultáne a po r un a mism a transición . Des-pués de la activació n de la s dist inta s secuenc ia s su evolució n se produc e de form a independient e (Fig.7 .13 .) .

n + 1 P A S A

, " t h /i da d d e i recepté '

4-rut i

Tro

Tm +1

Figura 7.13. Secuencias paralelas

7.3.2. Est ruc t ura s lógica s en e l Gra fce t

delad o de lo s concepto s de secuenc ia s exc lusiva s y secuenc ia s concu -rrente s respect ivamente . Mediant e la utilizació n de dicha s estructura s se cont ribuy e espec ia lment e a dota r al model o de un aspect o legible , ya que lo s concepto s de secuenc ia lida d y concurrenc i a puede n se r implementa -do s e ident ificado s de inmediat o co n gra n fac ilidad . Por ell o pasamo s se -guidament e a realiza r un análisi s func iona l de esta s est ructuras .

2 4 8 U P V - C F P

FÍ

^ u c t u r a l ó g i c a j f ' b i l i d a d d e

•% ' s P a r t i c i p a

\ 1l0n c í e | a

La s est ructura s lógica s OR y AN D so n ut ilizada s par a realiza r el mo - %^ as de

• n t r o d do s

e c u a q a X

c o n u c e . o m á

q u e s

C

l \ i

9en da en

7.3.2.1- Divergencia en OR

La e t a p a n pas a a se r ac t iv a s i , estand o act iv a la etao a n 1 c e la re c e pt ivida d de la transició n a. P n " 1 ' se sat isfa -

La e t a p a n + 1 pa s a a se r ac t iv a si , estand o ac t iv a la e t a n a n 1 = t isfac e la re c e pt ivida d de la transició n b ( F i g -7.1 4 . ) . P S E S A "

b

Figura 7.14. Divergencia en OR

Est a e st ruc t ur a lógic a de b e ut i l iza rs e c ua nd o de lo qu e se t ra t a es de mode la r la pos ib i l ida d d e t om a r do s o más se c ue nc ia s a lte rna t iva s a part i r de un a e t a p a común . El Gra fc e t pe rm it e el fra nque a m ie nt o simultáne o de la s t ra ns ic ione s pa r t ic ipa nt e s , d e m od o qu e pue da n dispa ra rs e de form a c onc urre nt e . No obst a nt e e st a e st ruc t ur a no es la más a de c ua d a par a la implementació n d e la c onc urre nc ia , de bid o a lo s proble m a s de sinc ronism o poste rio r qu e int roduc e . Pa r a e l c a s o de tene r qu e mode la r la actuació n c onc urre nt e d e do s o más subproc e sos , e l Gra fce t pose e ot r a representa -ción más a de c ua d a qu e s e verá e n ot r o a pa rt a do .

7.3.2.2. Convergencia en OR

La e t a p a n pa s a a se r a c t iv a s i , e st a nd o ac t iv a la e tap a n-1 , se sa t isfa -ce la re c e pt iv ida d de la transició n a; o si , e st a nd o ac t iv a la Etap a n -2. se sa t isfac e la re c e pt iv ida d de la transició n b (Fig . 7 .15 .).

UPV-CFP 249

a b

Figura 7.15. Convergencia en OR

7.3.2.3. Divergencia en AND

La s e t a pa s n+ 1 y n+ 2 pa sa n a l e s t a d o a c t i vo , s i e s t a nd o a c t iv a la e ta -pa n se sa t isfa c e la re c e pt iv ida d d e la transició n f c uy a re c e p t i v ida d es d+c (Fig.7 .16 . )

M e dia nt e e st a e st ruc t ur a lógic a s e i m p l e m e n t a e l c o n c e p t o d e c onc u -rrenc i a y s inc ronism o , d e fo rm a qu e do s o más s u b p r o c e s o s de l sistema , re pre se nt a do s po r la s se c ue nc ia s pa ra le la s , p u e d e n a c t i va rs e d e form a sinc roniza da ; y despué s d e e st o e vo luc iona r c o n c u r r e n t e m e n t e de form a inde pe ndie nt e .

d + c

Figura 7.16. Divergencia en AND

7.3.2.4. Convergencia en AND

La e t a p a n pa s a a l e st a d o a c t ivo , s i e st a nd o va s , se sa t isfa c e la re c e pt ivida d f (Fig . 7 .1 7 )

a s e t a pa s n-1 y n-2 ac t i -

250 U PV -CFP

\

Introducción al G

n- l

Figura 7.17. Convergencia en AND

i d o actívala : êptivida d es-

icepto de 3SOS del si

¡tivarse de nte de i *

em e

7.3.2.5. Saltos Condicionales

En el Gra fc e t de la Fig . 7 .18(a ), se producir á un sa lt o de la e tap a n a la etapa n+i +1, s i la re c e pt ivida d representad a po r la va riabl e A es A=0 . Si A=1 se prosigu e la se c ue nc i a n, n+1, n+2 , e tc .

En la Fig . 7 .18 (b) , se producir á un a repetició n de la secuenc i a de e ta -pas n, n+1,n+2 , ...,n+ i , en form a de buc le , m ient ra s se manteng a el valo r de la va riabl e D en D=0 .

B B

D

H

(a)

l * D

H

2>S Al

í)l

Figura 7.18. (a) Salto condicional; (b) Bucle

UPV-CFP 251

Ejemplo Para la utilizació n de la s dist inta s est ruc tura s a nt e riorm e nt e referida s

v nar a aue el lecto r pued a comproba r la f le x ibi l ida d de l Gra fce t , en el m 0 . y , ° T . - T . -L « h » « H n s en evento s disc re t os , pla nt e a re m o s el si -de lad o de sistema s basado s en evento s disc re t os , plantea remo s el s , quient e proces o basad o en do s ca rre t il la s qu e se de spla za n , ba j o deman -d a d e r e c h a e izquierd a a lo la rg o de uno s c a rri le s . Cua nd o se alcanz a el f i n a l i d ? recorrido (b, d) , se inic i a de inm e dia t o e l c a m .n o de vue lt a a la s i -uació n i S u a c ) Variand o suc e siva m e nt e la s c ondic ione s de func iona -

m S S ! Seleccionará n la s est ruc tura s a de c ua da s pa r a su mode lado .

Prim e r supue s t o : el acc ionam ient o de lo s pulsa dore s m 1 o m 2 deberá inic ia r de form a se lec t iva , e l c ic l o c orre spondie nt e de c a d a un a de las carret illa s C1 o C2. La restricció n qu e se im pon e es qu e únicament e un a carret ill a deb e esta r func iona nd o en c a d a sol ic i t ud . Tambié n ini -c ia lment e se supon e qu e e l a c c iona m ie nt o simultáne o de lo s do s pul -sadore s no pued e ocurrir .

•

m 1 V1I/V1D

Q 3

n m 2 V2I/V2D d

Figura 7.19. Ejercicio

El model o de l sistem a según la s e spe c if ic a c ione s e st a ble c ida s sería :

u

— m x b.

mi o

_ V I D V2D

VI • m j_ _r _ V2I

Figura 7.20. Modelo requerido (supuesto 1)

252 UPV-CFP


e n no s

r ¡d a el s

el

alca It a

si. 1 ciona. elado.

rá ^ 2 debe una de l as

nicament e imbié n in¡-)s dos pul-

• Se gund o s u p u e s t o : sinc ronism o e n e l inic i o de func ionam iento . En est a ocasió n se de se a qu e e l func iona m ie nt o de a m ba s ca rre t illa s se inic i e po r e l a c c iona m ie nt o de un sol o pulsado r m. Se contempl a la po -sibil ida d de dist int a s ve loc ida de s de func iona m ie nt o de cad a un a de la s c a rre t i l la s . La únic a restricció n qu e se im pon e es qu e par a cad a c ic l o de func iona m ie nt o , a m ba s c a rre t i l la s ha n de esta r sit uada s en su posi -ción inic ia l (a , c ) .

a v i yviD

b

V21/V2D d je

i da s sería;

Figura 7.21. Ejercicio

Un posibl e m ode l o de l func iona m ie nt o reque rid o sería

m.a .c .

V I D V 2 D

b

i V I V2I

a _-. _ _ M - | •


A U P V - C F P

2 5 3


Ot r a posibl e a lt e rna t iv a de m ode la do , ut i l izand o e l concept o de acc io -ne s c ondic iona da s sería :

a c

V2D

c:

Figura 7.23. Modelo usando acciones condicionadas

Ot r o mode l o qu e cumplir á la s e spe c if ic a c ione s de diseño , ut ilizand o e tapa s co n a c c ione s virt ua le s en ope ra c ione s de e spe ra :

b

m.a.c.

V I D V2D

V2I

Figura 7.24. Modelo utilizando acciones virtuales

2 5 4 UPV-CFP

Figura 7.25. Modelo usando paralelismo estructural •

• T e rc e r s u p u e s t o : en est a ocasió n se dese a qu e el sincronism o se ext iend a a la operació n de regres o de amba s ca rre t illas . Debe contem -plars e un a situació n de m ut u a espe r a de la s ca rre t illa s en (b, d) ante s de inic ia r e l regres o simultáne o a la situació n inic ia l (a , c ) . Véase figur a Fig.7 .26 .

UPV-CFP 255

bobática y Automática


Introducción al Gra

7.5. Macro-representaciones

El obje t o d e la s m a c rore pre se nt a c ione s es la búsqued a de la sim plic i -dad (legibil idad ) e n lo s dia gra m a s , c o n t a l qu e pueda n rea liza rs e diverso s nivele s de representació n de l sist e m a , a de c ua da s a la s dist inta s fase s de diseñ o qu e t od o proc e s o re quie re . Est a ide a pe rsigu e qu e la comple jida d asociad a a lo s m ode rno s sist e m a s a ut om a t iza do s pueda n reduc irse , e v i -tand o qu e c onc e pt o s d e t ip o ge ne ra l pue da n se r e nm a sc a ra do s po r la profusió n d e análisi s e x ha ust ivo s d e m a yo r de ta lle , cuy a especificació n pued e que da r reseñad a e n documentació n a pa rt e .

7.5.1. El concept o de macro-etapa : repetició n de secuencia s

Un c onjunt o d e e t a pa s , c uy a aparició n pue d e repe t irs e en va ria s oc a -sione s a lo la rg o de l d ia gra m a Gra fc e t , pue d e se r representad o de form a compact a segú n pue d e ve rs e e n la Fig . 7 .27 .. Est a form a de representa -ción re c ib e e l nom br e d e m a c roe t a pa . Su utilizació n pe rsigu e e l obje t iv o de simplifica r lo s m ode lo s susc e pt ib le s de se r re pre se nt a do s y qu e cont iene n secuenc ia s re pe t ida s d e u n m ism o c onjunt o de e t a pa s y t ransic iones . De est a form a sól o habr á qu e de t a l la r d e form a explícit a la secuenc i a un a sol a vez. As im ism o , s u utilizació n pe rm it e e l a horr o de códig o a implementa r en los progra m a s d e lo s c ont ro la dore s lógico s progra m a ble s .

La m a c ro-e t a p a es un a representació n simbólic a de un conjunt o de etapa s y t ra ns ic ione s . Est e c onjunt o d e e t a pa s y t ransic ione s representa -das po r la m a c ro-e t a p a re c ib e e l nom br e d e expansió n de la macro-e tapa . La expansió n d e la m a c ro-e t a p a pose e un a únic a e tap a de ent rad a y un a únic a e t a p a d e sa l id a y c onst i t uye n lo s único s lazo s de unió n co n e l Gra -fce t a l qu e pe r t e ne c e n .

La m a c ro-e t a p a re spond e a la s regla s siguie nt e s :

- La expansió n de la m a c ro-e t a p a c om port a un a e tap a de ent rada , E, y un a e t a p a d e sa lid a S.

• El f ra nque a m ie nt o de un a transició n inmedia tament e precedent e a la m a c ro-e t a p a ac t iv a la e tap a de ent rad a (E) de su expansión .

- La e t a p a de sa lid a S pa rt ic ip a en la validació n de la s t ransic ione s inm e dia t a s y post e riore s a la m a c ro-e t a pa .

UPV-CFP 257


7.5.1.1. Representación de la macro-etapa

Su representació n vien e dad a po r un cuadrad o dividid o en t re s parte s (Fig . 7 .27.)

Macro-Etap a 1 1 I M10 1 L _ J

t - _ —i _

A

B

C

D

Expansió n de la Macro-Etap a

• f

g

h

. < e i *

rlO m i

,eta i

tant o

c i a s bibl i

nchar d I

dués Éditi c

Group e E q u i Gra fc e t de n

Group e 1991.

G7V

David, R., Ha even f system

Figura 7.27. Macro-etapa

Re sum e n :

El Gra fce t es un derivad o de la s rede s de Pet r i bina ria s e interpre ta -das , utilizándos e com o métod o de mode lad o de sistema s de producció n automat izados , al igua l qu e com o lengua j e de programació n de Autómata s Programable s Indust ria les .

La s e tapa s lleva n asoc iada s acc ione s (sa lidas ) sobr e el sistema , las t ransic ione s lleva n asoc iada s ent rada s de l sistema .

El concept o de secuenc ia lida d llev a apare jad o el concept o de disen o t op-dow n , de descomposició n granula r de la s dist inta s mic ro-operac ione s a rea liza r en el sistema .

2 5 8 UPV-CFP


La s e st ruc t ura s lógicas , dive rge nc ia s , convergenc ia s e t c establece r d e form a gráfic a y legibl e la s N e n i a r ; e i C " u P 6 r m i t e n

. v i e n t e s e n e l f u n r . i n n ^ m i i ^ " „ ? 5 » n t e r r e l a c » one s de lo s subproceso s ex istente s e n e l func iona m ie nt o de l sistem a

La m a c ro-e t a p a pe rm it e la realizació n de mode lo s más simple s v lea i bles ; y po r lo t a nt o d e m e jo r m a nt e nim ie nt o posterior . Y 9


Bla nc ha r d M. Comprendre maítriser et appliquer le Grafcet. Céoa-dué s - Edit ions , 1987 .

Group e Equipe m e n t d e Produc t io n Automatisé e réun i á l'ADEPA . Le Grafcet: de Nouveaux Concepts. Cépadué s - Éditions , 1991 .

Group e G7 W ADEPA/AFCET . L e Grafcet. Cépadué s - Édition s 1 9 9 1 .

Da vid , R., H a lla , H. Petri Nets & Grafcet: Tools formodelling discrete event systems. Pre nt ic e -H a l l I nt e rna t iona l Edit ions , 1992.

UPV-CFP 259

8.1. Introducción

8.2. Módulo secuencial de etapa................................

8.3. Obtención de las funciones lógicas a partir del

diagrama Grafcet..................................................*

8.4. Ecuaciones de activación/desactivación y es-tructuras lÓgiCaS mmmmmmBmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm,mm^mmmm

8.5. Normas especiales de representación Grafcet... 274

8.6. Las temporizaciones y contadores en el

269

8.7. Estrategia de diseño para sistemas de mayor complejidad.................**»»»»»»»*»*»»"»'"""" 286

Objetivos :

Describi r el concept o de módul o secuenciado r de etapa .

Describi r la implementació n de un algoritm o de contro l en un Au -tómat a Programabl e a parti r de s u diagram a Grafce t correspon -

Mostra r la flexibilida d de representació n de lo s modelo s ¡mol e mentado s co n Grafcet , frent e a un mism o problem a de automati -zación .

Conoce r la implementació n de las ecuacione s de activa -ción/desactivació n correspondiente s a las distinta s estructura s lógicas .

Describi r alguna s representacione s especiales , temporizacione s y cuentas .

8.1. Introducción

La implementació n d e u n a ut om a t ism o m e dia nt e lógic a programad a o cableada , a pa rt i r de l Gra fc e t s e realizar á t e nie nd o en cuent a la s conside -rac ione s s igu ie nt e s :

El c onc e pt o d e e t a p a s e asociar á a l de un a m e m ori a binaria , qu e pue -de e st a r a c t iv a o ina c t iv a segú n dic h a m e m ori a esté en estad o lógic o T ó "0" . Si la e t a p a está a c t iva da , la s a c c ione s c orre spondie nt e s asoc iada s a dich a e t a p a s e ejecutará n c ondic iona l o inc ondic iona lm e nt e , según e l c a -rácte r d e d ic ha s a c c ione s .

La m e m or i a bina ri a pue d e im ple m e nt a rs e físicamente , a travé s de un relé de e nc la va m ie nt o o un bie st a ble , s i im ple m e nt a m o s e l automat ism o mediant e lógic a c a ble a da . Si , po r e l c ont ra rio , e l automa t ism o se realiz a mediant e lógic a progra m a da , e l bie st a bl e deberá implementa rs e mediant e ta programació n d e la re spe c t iv a ecuació n lógic a equiva lente .

8-2. Módulo secuencial de etapa

La relació n func iona l e x ist e nt e e nt r e e tapa s cont igua s queda n e s ^ ' e c 'da s po r lo qu e se de nom in a e l módul o secuenc ia l de etapa , qu e p

UPV-CFP 263

lobóttca Y Automática

m o s de fini r c om o e l e le m e nt o tecnológic o func iona l c a pa z de int e racc iona r c o n su s e t a pa s a nt e r io r y post e r ior .

Su descripció n gráfic a se m ue st r a en la F ig .8 .1. y contribuir á a c la rif i -ca r la dinámic a in t e r -e t a pa s .

Figura 8.1. Modulo secuencial de etapa

El módul o se c ue nc ia l d e e t a p a pose e t re s e n t r a d a s y un a sa l ida ; y el obje t o d e c a d a un a d e e l la s pa r a u n módul o d e Et a p a d e o rde n n , es res -pe c t iva m e nt e :

a ) . 1 - Ent ra da : se ut i l iz a pa r a e fe c t ua r , j u n t o c o n ia seña l d e va l ida -

ción , l a activació n d e la e t a p a y p rov ie n e de l f ra nque a m ie nt o de la transició n n -1 .

b) . 2- Ent ra da : s e ut i l iz a pa r a e fe c t ua r la validació n d e la e t a p a r prove nie nt e d e la sa l id a d e l a e t a p a n -1 .

c ) . 3 - Ent ra da : se ut i l iz a pa r a la desactivació n ( re se t ) d e la e tap a n. y la seña l prov ie n e d e la sa l id a re a l im e n t a d a d e la e t a p a n+1 .

d) . 1 § Sa l ida : se ut i l iz a pa r a qu e re a l ic e t re s f unc ione s dist int a s y s i -multánea s qu e son :

• va l ida r l a e t a p a n + 1 .

• de sa c t iva r la e t a p a n -1 .

• e je c ut a r la orde n de m a nd o pre v is t a .

En la Fig.8 .2 . s e m ue st r a la implementació n físic a d e u n m odul o se -c ue nc ia do r de e t a p a m e dia nt e un bie st a ble . A la e nt ra d a SET s e conec t a

2 6 4 UPV-CFP

una puert a Y, y a e ll a se c one c t a la validació n y receot ivida d H » • = T ^ a c t i v a m e n t e . A s u e nt ra d a RESET se conec ta TstL%e¡£¡

-

O R D E N E S D E MAND O

t

• ';. MODA O 'fjnsicj.j r p-i

MGOUUO S£CutNCU\COP r.

A

Figura 8.2. Implementación física de un módulo secuenciador

8.3. Obtención de las funciones lógicas a partir del dia-grama Grafcet

A pa rt i r d e c a d a e t a p a de un dia gra m a Gra fce t , debe n obteners e dos tipo s di fe re nt e s d e func ione s lógicas :

• Funció n lógic a d e activación/desactivació n de la etap a corres -pondie nt e .

• Func ione s lógica s de activació n de la s operac ione s de mando .

La funció n lógic a de activación-desactivació n es únic a po r etapa . Sin embargo , e l númer o d e func ione s lógica s de operació n de mand o depend e de la c a nt ida d d e a c c ione s a soc ia da s a cad a e tapa .

8- 3-1. Ecuació n de activación/desactivació n de etapa

Básicamente , e x ist e n do s t ipo s de ecuac ione s asoc iable s al concept o d e memori a bina ria , qu e se de nom ina n :

Ecuació n de m e m ori a binari a de se t o enclavamient o prioritario ,

c uy a expresió n es : Y . =S + RYt

265

Robotica Y Automática

Ecuació n de m e m ori a bina ri a de re se t o d ispa r o pr ior i t a r io , cuy a _ _ _ _ — — m —- — -- ^ — f c . •

expresió n e s : Y. R ( S + Y T )

En a m ba s e x pre sione s ,

Y, es e l e st a d o de la e t a pa . S, es la condició n de activació n d e la e t a pa .

R, es la condició n de desactivació n d e la e t a p a

La s e x pre sione s c onc re t a s d e S y R dependerá n d e la s e st ruc t ura s lógica s específica s re sult a nt e s de l m ode l o re a l iza do ; o más c onc re t a m e n -t e , depender á de la e st ruc t ur a básic a y lógic a de l d ia g ra m a Gra fc e t . En gene ra l serán func ione s OR y AN D dond e in t e rv ie ne n la s va r ia b le s re pre -senta t iva s de e t a pa s y t ra nsic ione s im pl ic a da s .

La dife re nc i a e x ist e nt e e nt r e la s e x pre s ione s d e .« memori a de Set priori t a ri o y la de Re se t pr ior i t a r i o e s que , ant e la eventua l aparició n simultáne a d e la s c ond ic ione s de activació n S y de desactivació n R, la pr im e r a m e m or i a permanecer á a c t iva da ; m ie nt ra s qu e la se gund a m e m or i a dará priorida d a la desactivación .

A est e re spe c t o , ha y qu e reseña r qu e e l t ip o d e m e -mori a de Set priorit a ri o c um pl e pe r fe c t a m e nt e la re gl a n 9 5 de l Gra fce t , qu e de t e rm in a la ob l iga t or ie da d d e activació n de un a e tapa , en c a s o de activació n y desactivació n s i -multánea . En c onc re t o , pa r a un a e st ruc t ur a básic a d e s e -cuenc i a única , t a l y c om o se m ue st r a en la Fig . 8 .3 ., la ecuació n de activación/desactivació n a soc ia d a a la e t a p a

Tn-S

Trvl

Tn

enésim a se ra :

E n E , E •

n Tj

Figura 8.3.

en la c ua l , pa r a un a se c ue nc i a únic a de e t a pa s , s e re la -c ion a la activació n de la e t a p a E n , en funció n d e la e t a p a ante rior , la e tap a poste rio r y la re c e pt iv ida d a soc ia da .

Debe se r int e rpre t a d a en e l se nt id o de qu e la e t a p a En se activará , s i e st a nd o la e tap a E ^ a c t iva d a y la E n + 1 de sa c t iva d a se sa t is fa c e la t ra nsi -ción T n--|. Después , permanecer á a c t iva d a ha st a qu e la E n + 1 se a c t ive .

2F6 •

UPV-CFP

El módul o se c ue nc ia do r d e e t a p a de orde n n, se hac e ac t ivabl e de b i -do a la activació n de l módul o n-1 y se t orn a ac t iv o po r e l fra nque a m ie nt o de la transició n Tn.! . Su pa s o a l e st a d o ac t iv o hac e ac t ivabl e a l módul o n+ 1 v desac t iv a a l módul o n -1 .

8.3.2. Ecuacione s de activació n de operacione s de mand o

El númer o d e e c ua c ione s d e activació n de ope ra c ione s de mando , depend e de l númer o d e a c c ione s a soc ia da s a c a d a e t a p a (númer o de va -riable s de sa l ida ) . Su expresió n depender á de l carácte r condic iona l o in -condic iona l d e éstas .

Pa ra un a m e jo r comprensió n de lo e x pue st o en lo s do s apa rtado s ante riores , veámosl o e n e l e je m pl o siguie nt e :

E je m plo :

Sea e l d ia gra m a Gra fc e t d e la Fig . 8 .4 ., dond e va m o s a procede r a la obtenció n y clasificació n de l t ot a l de func ione s lógica s a genera r po r el c i -tad o d ia gra m a .

En la e t a p a n° 5 t e ne m o s 3 a c c ione s a soc ia da s , de carácte r incondi -c iona l , re pre se nt a da s po r la s va r ia ble s de sa lid a A, B y C respec t ivamente .

En la e t a p a n°6 t e ne m o s a soc ia da s do s a c c ione s un a incondic iona l D, y ot r a de carácte r c ondic iona l F. En la e t a p a n°7 t e ne m o s do s acc ione s asoc iadas , la G y la H.

Por t a nt o la s func ione s lógica s a ge ne ra r son :

Eunc ione s lógica s d e la e t a p a n°5:

£ 5 = E A T 4 + E s E 6 {Activació n de e t a pa }

A = E5

B= E5

C= E,

Func ione s lógica s de la e t a p a n Q6 :

E E$T5 + E0E7 {Activació n de e t a pa }

F - mEt

Func ione s lógica s de la e t a p a n g 7

E E(>% + ^7^ 8 {Activació n de e t a pa }

G = £ 7

H=E,

En la Fig . 8 .4 . se ha re a l iza d o l a implementació n d e la s e c ua c ione s lógica s generada s medíant e e l le ngua j e d e programació n d e d ia g ra m a en esca lera , present e en la mayorí a d e autómata s p rog ra m a b le s d e carácte r indust ria l . Se previen e a l lec to r que , en la implementació n d e e s t a s e c ua -c iones , o mejo r en su ordenación , no se ha t e n id o e n c ue n t a e l t ip o d e c ic l o de ejecució n de progra m a de lo s Autómata s Progra m a b le s .

Y-4

I

r

E5

t —

ES

E 5 ta i—:

• v _

•

{

i

— \

• - ------ H a)

b)

Figura 8.4. Ejemplo diagrama Grafcet y diagrama escalera

268

I

u3 obt e

.e t a pa s .

" ntas e t a ârealiz j 9

lactivacio r

En(

:*3e:

Ca, es

Cd, es

s se t ie n a m ba s c e

" ^d a

c

o$ I .

fo&ementación dei Automatismo a omlk drt G

nacione s ram a en carácte r

as e c = -ze

g,4. Ecuaciones de activación/desactivación y estructu-ras lógicas

Com o se ha podid o comproba r ia cctenctó n de tes func ione s result a de gra n senc illez , sí bie n s u consecució n a part i r de tas < f c f t r ^ estructura s lógicas , buc le s sa lto s y macroe tapa s conllev a mayor <*R^¿fart por ell o pasamo s a de ta lia r la maner a de planteada s a partí - d e las tura s re fe rida s ante riormente .

func ione s lógica s de acth/adónWesactwaóó n 3S estructur a simpl e de um -

requier e de c ie rt a re f exión . t eniend o en cuent a la deposició n de la s distintas etacas en estructura s lógica s

i expresió n gene ra l d e la t ip o Set prtonta~o , en a

En (t+At ) = Ca + Cd En(t )

Ca. es la condició n de activación .

CG es i a condició n de mantenim ient o y

Si se t ie ne n en cuent a as z .e -sa s es I I 35 22 ZaS 2ZS Z 6S 3 J zar. amba s condic iones . Ca y Cd. c re c e n :e~e * e x c e s :~e s es

m

8.4 .1 . D ive rge nc i a en OR

a er

J e l i e

equier e qu e en la s cond i se refle je n las diversa s

etapa s qu e a lt e rna t ivament e puede n produc i r la desactivació n de la pri -mera . Por e ll o la funció n lóaica . teniend o en c

done s de desactivació n de la e tao a d i \

est ruehr a ce

Fig . 8 .5 . . c j e da r a com o sigue :

Cd I E. =1

o. si aplicamo s la ley de Morgan , entonce s la expresió n qued a

-n\l

Cd

UPV-CFP : 59

RcMica Y Auton)¿Ítica

Por t a nt o s u funció n lógic a de activación/desactivación , t e nie nd o en c ue nt a la e st ruc t ur a de la Fig . 8 .5 ., será de la form a :

E ()</+ A/ ) C<7+ \ \En.E()(l

Figura 8.5. Divergencia en OR

8.4.2. Conve rge nc i a e n OR

En la est ruc tur a lógic a de c onve rge nc i a e n OR, e n lo qu e re spe c t a a la e tap a de c onve rge nc ia , su condició n d e activació n ha de t e ne r en cuent a la s posible s e tapa s pre c e de nt e s que , a l t e rna t iva m e nt e , pue de n provoca r la activació n de dich a e t a pa .

La expresió n de la condició n de activació n será :

Ca {Err + + + £ \. r . ) /

Por t a nt o su funció n lógic a de activación/desactivación , t eniend o en c ue nt a la est ruc tur a de la Fig . 8 .6 ., será de la form a :

E !LE!t-rn+Cd.Eúu

n = )

270 UPV-CFP

Implementación del Automatismo a partir del Grafcet

Figura 8.6. Convergencia en OR

8.4.3. D i v e r g e n c i a e n AN D

En un a e st ruc t ur a d e d ive rge nc i a en AN D , t e ndre m o s qu e tene r en cuenta , e n la ecuació n a soc ia d a a la e t a p a a pa rt i r de la cua l se produc e la dive rge nc ia , e l númer o d e e t a pa s post e r iore s qu e inte rviene n en su c ondi -ción de desactivació n Cd ; po r e l lo , e n el c a s o de la Fig . 8 .7 ., t endremos :

Cd I

n = \

Por lo qu e la expresió n d e la ecuació n será :

respes

provo fflus 1

E i

Ou+Ar ) Ca + UEn.E0¡, ) / != !

t e /

E l

Figura 8.7. Divergencia en AND

UPV-CFP 271

Robotica Y Automática

8.4 .4 . Conve rge nc i a e n AN D

la ecuació n quedará :

Fina lmente , en la est ruc tur a de convergenc i a en AN D (Fig . 8 .8 . ) , debe - '.- 0

rán teners e en cuenta , en la etap a de convergenc ia , la s condic ione s de - \ ' 3 ° C

activació n Ca de su ecuación , y la s e tapa s precedente s cuy a activació n r r i e n í e

deberá permit i r la activació n posterio r de dich a e tapa . Su condició n lógic a ^ de activació n será : rtnder

P3 fa P ^

íideCai. s e o ¡piaalizació n ^nable s es «s interna s re a-án. Por t a n

— - r

*• en el prc topas de l d ación queda r

EO

Figura 8.8. Convergencia en AND

8 .4 .5 . La s e t a pa s de inicializació n

Est e t ip o de e tapas , en cumplim ient o de la regl a n 91 de l Grafcet , han de que da r ac t ivada s de form a incondic iona l cuand o se inic ia liz a el sistem a m e dia nt e un a orde n de l t ip o Start . Cont ra riament e a la s etapa s normales ,

272 UPV-CFP

* u n t a s

a é

n 0 pose e n , e n e l m om e nt o d e inic io , ningun a e tao a n i t r a n c ¡ ^

d e n t e s qu e pue da n pa rt ic ipa r e n la s condic ione s de i S j ^ T ? expresió n ge ne ra l d e la ecuació n de ^ S S £ S ^ ^ ± ^ Ello oblig a a la introducció n d e una s m n H ¡™« M ^ 1 J A O N . d e e t a P a

iniciale s de la ac -

pec t ivament e precedente s

e tapas , se pued e recurri r a la siguient e expresión :

E0(t) = Cai + Ca

dond e Ca i , se obtendr á m e dia nt e e l aprovecham ient o de l hech o de qu e en la inicializació n de l progra m a de lo s disposit ivo s de cont ro l programables , 'as va riable s están inic ia l iza da s a ' 0 ' . Com o consecuenc ia , toda s la s va ria -ble s int e rna s re pre se nt a t iva s de la s dive rsa s e tapa s ex istente s tambié n lo estarán . Por t a nt o Ca i tendr á c om o expresión :

Cai = Y]En

donde , en e l produc t o participará n toda s la s variable s correspondiente s a 'as e tapa s de l dia gra m a , sa lv o la s de carácte r inic ia l . La expresió n de la ecuació n quedará :

No obst a nt e , e st a expresió n pued e llega r a se r laborios a de imple -mentar , s i e l m ode l o Gra fce t qu e se está rea lizand o dispon e de un gra n número de e t a pa s .

Afort una da m e nt e , en lo s disposit ivo s lógico s de contro l programable s (autómata s programable s indust ria les) , se dispon e de un determinad o t ip o d e variable s inte rnas , la s denominada s marca s de sistem a (Syste m M a r -k e rs) , qu e ut iliz a éste par a e jecuta r a lguna s func ione s de carácte r especm -

Una de esta s marca s de sistem a t ien e com o funció n la emisió n inco , -d 'c iona l de un puls o de inicialización , durant e la ejecució n de l prim e ccv d e program a De est a maner a la c itad a marc a de sistema , qu e deno m

UPV-CFP 273

ca Y Automática

re m o s M S, pue d e inc lu i rs e e n la expresió n d e la s e t a pa s d e inicialización -d e f o rm a que :

Cai MS

Por t a nt o la expresió n d e la nue v a ecuació n será :

EmHtt) = MS+Cd.Em+Ca

Pa r a e l m ode l o c o r re spond ie n t e a la F ig . 8 .9 . , lo s do s t ipo s d e ecua -c ione s a na l iza do s serían :

a ) E WD

b) E Qir + A / ) A / S + ( £ , + £ 3 + £ 5 ).£• „,„ + E2s3 + £ 4 . r 6 + £ 6.r „

r2

r4

r5

r7

r8

r3 ró r9

Figura 8.9. Ejemplo

8.5. Normas especiales de representación Grafcet

Se t ra t a n , en est e a pa rt a do , a lguno s m odo s de representació n norma -lizad a Gra fc e t de sit ua c ione s e spe c ia le s de evolució n de lo s sistemas , y

274 UPV-CFP

tambié n la form a de esc rit ur a de a c c ione s asoc iada s de na tura lez a intern a Acuna s de e spe c ia l íntere s son : Alguna s de e spe c ia l interé s son :

Evoluc ione s simultánea s Se c ue nc ia s e x c lusiva s .

Acció n t e m poriza d a Transició n t e m poriza d a Acció n m a nt e nida .

8.5.1. Evo luc ione s simultánea s

Basándono s e n un a de la s regla s Gra fce t enunc iada s en capítul o ante -rior , ace rc a de que :

Varia s t ra nsic ione s simultáneament e franqueables , so n franqueada s simultáneamente .

Est a regl a de fra nque a m ie nt o simultáne o permit e descompone r un diagram a Gra fc e t en va rio s dia gra m a s , asegurand o de form a riguros a su s inte rconex iones . Ell o de b e c onse guirs e hac iend o interveni r en las recept i -vidade s lo s e st a do s a c t ivo s de la s e tapas , de ta l form a qu e el estad o act iv o de la e tap a "n " será re pre se nt a d o mediant e "En " y el estad o inact iv o me -diant e " E ~ \ <

i i

Est a regl a pe rm it e , pa rt ic ula rm e nt e , el franqueamient o simultane o de t ransic ione s va l ida da s po r e tapa s situada s en diagrama s separados , exc luyendo , de est a form a , posible s ambigüedade s en cuant o al fran -queamient o de la transició n 6 ante s qu e la transició n 14. o vicevers a (Fig . 8 .10 .).

I Ct

• l l i . l l 1 *

. . _A

#

I I I . I <;

Figura 8.10. Evoluciones simultaneas

U PV -CFP 275

8 .5 .2 . Se c ue nc ia s e x c lus iva s

Co n obje t o de consegui r un a secuenc i a e x c e s iv a ent r e va ria s evolu -c ione s a lt e rna t iva s posabte s a part i r de un a m ism a e :apa . e s necesari o asegura r qu e t oda s la s recept ividade s a soc ia da s a la s t ransic ione s son exc lusivas ; es dec ir , qu e no pue de n c um plirs e simultáneamente . La exc lu -sión pue d e se r debid a o bie n po r m ot ivo s físico s ncompfiÉWfcla d mecán -c a , t e m pora l , e t c . . . , o bie n po r mot ivo s lógicos . En la Rg . 8.1 1 . , la s rece c

vidade s a.b y a.b so n lógicament e e x c lusiva s . Por t a nt o s i a y b so n be r -t a s a i m ism o t iempo , ningun a transició n podr á se r fra nque a d a a part i r de l a e t a p a rfS.

sL no proni c

~ea OR,

a.b a.b

Figura 8.11. Secuene ~s exclusivas

8.5.3. Se c ue nc ia s c o n p r i o r i da d

En oc a sione s , ant e un a eventua l activació n d e do s evento s simultá -neo s qu e de t e rm ina se n la activació n no desead a de se c ue nc ia s diferentes , es ne c e sa ri o ot orga r a un a de e lla s un carácte r priorita ri o frent e a la otra .

276 UPV-CFP

imr rmentación dt*l Auuwutistnc . ¿ r.i>tk dml Gmto*!

gs • ! cas o típic o d e un a c c e s o simultáne o de do s o ma s subproceso s a un recurs o c om pa rt ido , dond e únicament e un o de e llo s pued e hace r us o de l mism o en un pe riod o t e m pora l de t e rm ina do . En est e supuesto , es ne c e sa -ri o da r pnorida d a un de t e rm ina d o subproc e so , sobr e la bas e de c rite rio s cíe optimizació n de l func iona m ie nt o globa l o cumplim ient o de un a seri e de norma s d e se gurida d . Ell o es posibl e rea liza rl o a c t ua nd o sobr e la recept i -vida d de un a d e e l la s , t a l y c om o se muest r a en la Fig . 8.12. En ésta pa rt i -c ipa n la s va ria ble s a y b\ la prim e r a tendr á priorida d frent e a la segunda , ya que , ant e la e ve nt ua l ida d de s u activació n simultánea , sólo se disparar á la transició n dond e únicament e se c ont e m pl a la va ria bl e a , dad o qu e dich a transició n n o e s re c e pt iv a a b.

a.b

7

Figura 8.12. Socuerkvjs con prioridad

8.5.4. Acció n m a n t e n id a

Est e t ip o de implementació n deb e aplica rs e co n acc ione s cuy a e jecu -ción ha de prolonga rs e durant e do s o más e tapa s consecut ivas , A est e respect o pue de n c ont e m pla rs e mediant e do s moda lidade s de representa -ción : , -^^ÉLu

a) Efecto mantenido por acciones continuas no memorizadas.

En est e cas o la acció n a mantene r se repetir á en cad a un a de la s e ta -- • . asociad a Pas a fec tadas , lo cua l asegur a

( % 8.13.).

UPV-CFP 277

Robótica Y Automática

AccfcVi A EtOpo S

Etap a 9

1 *

Acció n A Acció n B

Figura 8.13. Acción mantenida

b) Efecto mantenido por acción memorizada.

En est e cas o la s a c c ione s se precisará n en la s e t a pa s de comienz o y fina l de l e fec t o mantenido , t a l y c om o se re fle j a en la Fig . 8 .14 .

no

Tn

Acció n A = 0

T20

E10

E20

Acció n A = 1

Acció n A = 0

Acció n A

Figura 8.14. Acción memorizada

278 UPV-CFP

Impéementactón óe Auto

Est e modo de representació n pa re c e a de c ua d o c ua nd o l a impterner v tació n de tos preaccionadore s se realiz a a travé s de relés biestable s de encorvamient o En ia etapa númer o 10 se produari a el enclavamient o del êacoonador . quedand o en consecuenci a la acció n asedad a activad a de forma mantenida , mientra s que en la etapa 20 se produari a el desencia -vamiento .

8 . 6 . Las temporizaciones y contadores en el Grafcet

En lo s s is t e m a s a ut om a t iza do s e s m u y f re c ue nt e c ondic ion a - a a c t i -vación , desactivació n o duració n d e de t e rm ina da s ope ra c ione s (a c c ione s ) a la va r ia bl e t ie m po . As í m ism o , e n u n m om e nt o de t e rm ina do , e l c a m bi o de e st a d o in t e rn o de l s is t e m a pue d e e st a r c ondk x >na d o tambié n po r un a variabl e t e m por iza da .

En e l Gra fc e t s e d ispon e d e un a descripció n form a l d e la funció n t e m -Dorizació n y s e h a e s* 3 ble c id o s u im p e m e nt a ción a travé s de l ope rado r de iemporizació n c uy a sint a x i s e s :

VEntemp.

donde :

• t indic a la operació n de temporización .

• En indic a la e t a p a a la c ua l está re fe rid a dich a temrDonzación . • f e m p es e l va lo r d e la duració n d e la temporizació n e n segundo s

m inut o s u hora s .

• El ope rado r temporizació n está ligad o a l a ex istenc i a de un a va -riabl e lógic a de temporizació n cuy o va lo r es "0" , mientra s dur e la temporización , y "1" a l términ o de la misma . El comienz o de la temporizació n está siempr e ligad o a la activació n de un a etapa de terminad a (En) , qu e es la qu e se indic a en e l operador .

• Tod a desactivació n seguid a de una activació n no simultáne a de En, durant e e l proces o de temporización . deb e tene r com o conse -cuenci a la definició n de un nuev o onge n de t iemp o y un a nuev a temporizació n qu e anul a la anterior .

• Ant e un a activació n y desactivació n simultáneas , la temponzacto n no se inic ia liz a guardand o consonanci a co n la regl a n°5 de l Gra -

UPV-CFP 279

Robottea Y Automática

t/En/tom p

Vortabt e d e temport rac io n

t<ynp

Etapa En

Figura 8.15. Temporización

Las t e m poriza c ione s pue de n c la sif ic a rs e en ge ne ra l c om o :

a ) Temporizació n a l re t a rdo : L a va ria bl e a soc ia d a a l disposit iv o t e m poriza do r pe rm a ne c e e n e st a d o lógic o ba j o M 0 " , m ient ra s que se efectú a la operació n de temporización . Coinc id e co n la defini -ción e st a ble c id a pa r a e l ope ra do r de temporizació n de l Grafcet .

b ) Temporizació n a l a rra nque : La va ria bl e a soc ia d a a la sa lid a de l disposit iv o t e m por iza do r se c oloc a e n e st a d o lógic o a lt o , desd e e l m ism o c om ie nz o d e la temporización , de sc e ndie nd o a estad o lógic o "0 " un a ve z t ra nsc urr id a la temporizació n establec ida . V ie -ne a se r la va ria bl e temporizació n c om ple m e nt a da ; po r tanto , en la notació n de l ope ra dor , se realizar á de la form a qu e se indic a e n la Fig . 8 .1 6 .

temporizació n a! estanqu e

5/í nêm p

vartab » cte sdkía ae¡

Etap a En

Figura 8.16. Temporización ai arranque

UPV-CFP

Implementación del Automatismo a pa

Otro s de ta lle s a prec isa r , y qu e se re fie re n a la notació n de l ope rado r en lo s diagramas , so n lo s siguientes :

a) La temporizació n qu e se está c onside ra nd o en un moment o de -t e rm ina d o sólo a fec t a a un a acció n específic a de la e tap a c o -rre spondie nt e , de form a qu e establec e la duració n de dich a a c -ción o únicament e c ondic ion a e l c om ie nz o de la m isma ; pe r o la transició n post e rio r a dich a e tap a no e s recept iv a a la variabl e temporización , po r lo qu e no c ondic ion a e l pa s e a la siguient e e t a pa . La notació n de b e hace rs e segú n se indic a en la Fig . 8.17.

Figura 8.17. Notación de la temporización

b) La temporización , además , de te rm in a la evolució n a un a nuev a e t a pa . Ell o va a signif ic a r la participació n de l event o "fina l de temporización " en la recept ivida d asoc iad a a la transició n poste -rio r a la e t a p a e n cuestión . Su notació n deberá esta r asoc iad a a la transició n

•

Figura 8.18. Final de la temporización

UPV-CFP 2 8 1

Rebotica Y Automática

8 .6 .1 . Utilizació n d e lo s c o n t a d o re s e n e l Gra fc e t

Ot r o de lo s disposit ivos , comúnment e ut ilizado s en la automatizació n de la fabricación , es e l contador . Muy a menud o se necesit a conoce r el númer o de pieza s fa bric a da s , o de fe c t uosa s , pa r a dispone r de cont ro l so -br e la c a pa c ida d de máquina s o a lm a c e ne s , o par a la realizació n de cál-culo s estadístico s más sofist ic a dos .

Lo s c ont a dore s func iona n c o n ope ra c ione s de c ue nt a de carácte r as -c e nde nt e , de sc e nde nt e , o a m ba s a la vez . La representació n de ta le s ope -rac ione s que d a re fle jad a en la Fig.8 .1 9 .

c=c- i

a ) C o n t a d o r a s c e n d e n t e b ) C o n t a d o r d e s c e n d e n t e

Figura 8.19. Contadores

8.6 .2 . T ra ns ic ione s po r f l a nc o s

En ocasione s result a c onve nie nt e y ne c e sa ri o asoc ia r e l cumplim ient o de un a recept ivida d a un c a m bi o de e st a d o de t e rm ina d o de un a variable , bie n se a po r f la nc o de subid a o de ba ja da .

Su representació n norma lizada , m e dia nt e e l dia gra m a func iona l Gra -fc e t , se rea liz a según se indic a en la Fig . 8 .20 .(a ), dond e la notació n tt\J " y la " i g" de be n se r entendida s com o qu e la s recept ividades , asoc iada s a dic ha s t ra nsic ione s , se sa t isface n c ua nd o se produc e e l f la nc o de subid a de T y e l de ba jad a de "g " respec t ivamente .

En la Fig . 8 .20 .(b ) se muest r a un e jempl o de un a recept ivida d com -pue st a po r la funció n AN D de l estad o de la va riabl e h y de l flanc o de subi -d a de la va riabl e k .

282 UPV-CFP

é.St

na

f u n < :

;0

//Di Di Automatismo a partir del Gra

• g

Figura 8.20. Transiciones por flancos

8.6.3. Efe c t o de l t i p o de p re a c c iona do r sobr e lo s m ode lo s Gra fce t

Ex ist e u n c ondic iona nt e d e carácte r tecnológico , com o es e l t ip o de pre a c c iona do r a ut i l iza r e n la implementació n de l a ut om a t ism o , qu e condi -c ion a e l m ode l o Gra fc e t de dic h o a ut om a t ism o . Lo s preacc ionadore s pue -de n se r de t ip o m onoe st a b le , t a l c om o e l relé común , o de carácte r biesta -

9 0 acción I deb a m a nt e ne rs e en e t a pa s suc e siva s , ut il izand o un preacc ionado r de i carácte r m onoe st a ble , de b e re fe re nc ia rs e obliga t oria m e nt e en cad a un a de { la s e t a pa s a fe c t a da s .

r En e l c a s o de un pre a c c iona do r bie st a bl e sólo se deberá hace r re fe -

enc i a e n la e t a p a d e activació n y e n la de desactivación , ta l y com o se I muestr a en el cas o de la acció n mantenida .

i

cjón* I V e a m o s la aplicació n de l c rit e ri o ante rio r sobr e el siguient e e jemplo .

de ^ I Ejemplo 1:

Se pre t e nd e se m i-a ut om a t iza r e l func iona m ie nt o de un a máquin a t a la -U VV i drador a de sobre m e sa , en la qu e se pre t e nd e dispone r de lo s siguiente s

t u " I disposit ivos :

UPV-CFP 283

Rebotica Y Automática

m M Figura 8.21. Máquina taladradora

Un pulsado r M, de inicializació n de l s ist e m a , c o n obje t o de qu e el mo -to r a dquie r a la ve loc ida d de rotació n de régimen , qu e se obt ie n e acc ionan -do GM . El motor , además , dispon e de lo s t ipo s de m ovim ie nt o siguientes :

Sent id o de translació n longit udina l de l e je de la broc a descendent e de do s ve loc ida de s , de sc e ns o lent o DL y de sc e ns o rápid o DR, y sent id o as-cendent e rápid o AR.

La piez a a t a la dra r se de t e c t a m e dia nt e un de t e c t o r de prox imida d induc t iv o d , y se suje t a po r un c onjunt o de do s a pre sa dore s acc ionado s por AA . Cuand o la piez a se de t e c t a encontrándos e en la posició n adecuada , y además se puls a la orde n de inic i o de operació n m e dia nt e e l pulsado r m, actúa n lo s a pre sa dore s a l t ie m p o qu e e l e je port a broc a s , inic i a e l descen -so rápido .

J ust o ante s de produc irs e e l a t a qu e a la pieza , e l f ina l de carre r a I pro -voc a e l c a m bi o a descens o lento , iniciándos e e l t a la dra do ; e l cua l se inte -rrum p e c ua nd o e l f ina l de ca rre r a S1 c onm ut a , iniciándos e el ascens o rápi -do a la posició n de repos o origina l , adve rt id a po r e l f ina l de ca rre r a S2.

Lo s m ode lo s correspondiente s a la implementació n mediant e preac -c iona do r m onoe st a bl e y biestabl e se muest ra n en la Fiq . 8 .22 .

2 8 4 UPV-CFP

Implemento: ion del Automatismo a partir del Grafcet

i •

• = i

•

n - r =

• „

Figura 8.22. Modelos usando preaccionador monoestable y biestable respec-tivamente

8 .6 .4 . Implementació n sobr e Autómata s Progra m a ble s I ndust r ia le s : t a bl a de asignació n de va r ia b le s .

Una ve z obt e nida s e l c onjunt o de e c ua c ione s lógica s derivada s de l model o Gra fce t c orre spondie nt e , que d a la t a re a de su transformació n en algoritm o de cont ro l y su programació n sobr e un Autómat a Programabl e de carácte r indust ria l específico .

Un procedim ient o metodológico , qu e ayud a a la realizació n de est a tarea , consist e en la formació n de la de nom ina d a tabl a de asignació n de variables , dond e se rea liz a la asignació n de la s va riable s simbólica s o l i t e -rale s ut ilizada s en e l m ode l o Gra fce t a la s correspondiente s va riable s de entrada , va riable s de estad o y va ria ble s de sa lid a de l autómat a indust ria l . Desafortunadamente , aún no ex ist e un a direc t iv a comú n qu e unifiqu e e l códig o representa t iv o de dicha s va riable s en todo s lo s autómata s indus -triales . Por tanto , pa r a la construcció n de la t abla , ut il iza remo s un códig o de un Autómat a Programabl e genérico , de ta l form a qu e lo s código s a ut i l i -zar serán :

In.m : Va riable s de ent rad a On.m :Variable s de sa lida .

Mn.m :Variable s inte rna s (marca s de l sistema )

dond e n y m serán , en e l cas o de la s va riable s de ent rad a y sa lida , ia posi -ción de l módul o y la posició n dent r o de l módul o correspondient e re spe c t i -vamente . Por tant o la tabl a par a e l Gra fce t de la Fig.8 .2 2 a ), sería :

U P V - C F P 285

lobóttca Y Automática

Variables Internas

10

M i l

Variable s de L-ntrad a Variable s de Salid a

En un a asignació n d e va r ia b le s específic a ha de t e ne rs e en cuent a el t ip o d e codificació n específic o de l Autómat a y la disposició n de lo s módu -lo s d e e nt ra d a / sa l id a d e éste .

Estrategia de diseño para sistemas plejidad

mayor com-

Se propon e la automatizació n de un a máquin a rot a t iv a de t ransfe ren -c i a d e t re s punt o s de t ra ba j o c uy o obje t o es e l m e c a niza d o automátic o de un a pie z a de t e rm ina d a m e dia nt e e l m a rc a do , t a la dra d o y m ode la d o de la m ism a . Ademá s la m e s a rot a t or i a pose e u n pue st o de t ra nsfe re nc i a e in -de x a do . (Fig . 8 .2 3 .).

La c a rg a d e la pie z a s e realizar á m a nua lm e nt e po r e l ope ra ri o encar -ga do . : V - " : ; : - f " -p

El c ic l o se a c t iv a po r e l ope ra do r pu lsa nd o A C (Arra nqu e de Cic lo) . La m e s a rot a t or i a e s de se nc la va d a (B-) , gir a 9 0 gra do s (A+ ) y despué s es b loque a d a nue va m e nt e (B+) , lo qu e pe rm it e e l re t orn o de l t ornil l o de l cli c o ga t o d e t ra nsfe re nc i a (A-) .

9SR

- I

Figura 8.23. Mesa rotatoria

286

C u a r t o está t e rm ina d a i a t ra ~s* e re na a la s r e s s-ecue<~ca s -e -ado ta ladradr o y m ode la do , so n dispa ra da s Simuitárear-e^t e y se r e s a -l l a n i rc e c e ndie nt e m e rr t e (se c ue nc ia s paraíefas ) La t ra nsfe re nc a ra r a e oc i o siguie r* e no se obtendr á s i n e m ba rg o ma s : ;_3 ~ c c Tes punto s ~aya n t e rm ina r e s - s se c ê â a s respec t ivas .

Estrategi a de planificación :

En genera l , co n oc je t o de fac ilita r su ana s s , pa r a el diseñ o medíant e el Grafce t de lo s sistema s basado s en automatismos , s e propon e la se-guient e metodología :

1 - Realizar un estudio detallado de los objetivos y de diseño.

2 - Realizar un análisis tecnológico/funcional del proceso. En este sentido deben seleccionarse convenientemente el conjunto d é captadores, pulsadores, detectores de proximidad, etc.. que en general determinarán el comienzo y final de ejecución de las di-versas fases y, con etfo t las acciones de mando asociadas a las etapas

Descomponer el proceso en subprocesos, para así determinar el conjunto de operaciones básicas a ejecutar y establecer su rela-ción con el número total de etapas, para posteriormente estructu-rar éstas mediante secuencias básicas.

Concatenar adecuadamente las estructuras básicas correspon-dientes a los diversos subprocesos mediante las estructuras gicas Grafcet, según se trate de secuencias únicas, pi alternativas, etc., para obtener el diagrama funcional del matismo.

En lo s gráfico s c orre spondie nt e s a la s Fig . 8.23 y Fig . 8.24 se pre t e n -de refle jar , e n e l prim e ro , e l e st udi o a rea liza r a c e rc a de lo s obje t i -vos/espec ificac ione s de diseño ; e n e l se gundo , lo s de t a l le s d e s u im ple -mentació n tecnológic a ta l v c om o se plante a en la s norm a s a nt e riore s . En

adecuada s ógica s

UPV-CFP 287 mm

Descomposició n de l p r o c e s o :

T ra s o* e s t ud i o d e ooie t ivo s control , as i com o del análisi s tecnológic o y func iona l , se convien e en descompone r e l proces o e n C t k i t o subproc e so s i í ¡o 8 2 4 )

\ - T ra ns fe re nc i a e m de va d o

2 . - M a rc a d o d e la s p ie za s

3 Mecanizad o de la s p vz a s

4.- M ode la d o d e la s p ie za s

En la s e spe c if ic a c ione s que d a e st a ble c id a la se c ue nc ia l ida d únic a de l proc e s o de t ia nsfe re nc ia /inde x a do , así c om o la de e st ruc t ur a de secuen -c ia s pa ra le la s pa r a lo s ot ro s t re s subproc e sos .

8 .7 .1 . S u b p r o c e s o de t r a n s f e r e n c i a e i n d e x a d o

Est e subproc e s o incluir á la s siguie nt e s e t a pa s

Inicializació n de l proc e s o

De se nc ia va m ie nt o de la m e s a rot a t ori a t ra s la activació n de l pul -sa do r A C

Gir o de 90 gra do s de la m e s a rot a t ori a

Enc la va m ie nt o de la m e s a rot a t ori a

Re posic iona m ie nt o de l ga t o de t ra nsfe re nc i a

La s t ra nsposic ione s vendría n c odif ic a da s a part i r de l senso r (fina ! de c a rre r a o de tec to r de prox im idad ) c orre spondie nt e , qu e indicand o e l co -

ope rac ione s hag a posibl e la evolució n a un a etapa post e rio r

La se c ue nc i a únic a correspondient e a l ante rio r subproces o quedan- 3

e st a ble c id a po r e l diagram a de la Fig . 8 .25.

11P V-CFP

l m P J e m e n t a c í ó n del Automatismo a partir del Grafcet

al

a h í

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0

Figura 8.24

UPV-CFP 289

botica y Automática • a t~yi — I i T n ~ l f T i" '—YTI • • • . i I I . i • i i _ , . r , . . .

Dotoó&oüo do)

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Trarefwanet a da*

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B+: L Enc*Q\arrtec* o

1 drfdtoco .

4

aO

Figura 8.25. Subproceso de transferencia e indexado

8 .7 .2 . S u b p r o c e s o d e m a r c a d o

La he rra m ie nt a de m a rc a d o proceder á de la siguient e forma : deberá rea liza r un a va nc e , hast a sit ua rs e e n e l cent r o de la piez a a marcar ; dich o a va nc e vendr á de t e rm ina d o po r e l senso r h1. Poste riorment e se efectuar a la operació n d e m a rc a d o mediant e e l dispa r o neumátic o de lo s punzones ,

. L _ • i . - , r - : i _ ¿_ t i « u«r-f -^rv »iontsa OUe i a UfJtí l dU IU I I UC 11 tai o a uu 11 i c u i a i i «? c i u i o p a i u i ICUI i l a u w ^ w* » r

pa r a post e riorm e nt e re t ira rs e éstos . Fina lmente , será la herramient a la que

290 UPV-CFP

situars e 0 m

deberá n se r anto , la s

• Ava nc e de ia he rram ient a • Ma rcad o de ta piez a • Ret t rad a de io s punzone s • Re torn o de ta he rram ient a

hl

c

Figura 8.26. Subproceso de marcado

8.7.3. S u b p r o c e s o d e t a l a d r a d o

En e st e subproc e s o ha de re a liza rs e e n prime r luga r e l bhda j e de la piez a a t a la dra r , realizándos e un pnm e r t a la dra d o co n un a de la s t a la dra -dora s pa ra , simultáneamente , a l f ina liza r la operació n y a l t iemp o qu e se ret ir a ésta , avanzar á la se gund a t a la dra dora . Una ve z fina lizad o e l segun -do t a la dra d o se retirar á y post e riorm e nt e se desbloquear á ia piez a t a ladra -da . Por t a nt o la s ope ra c ione s son :

• Bhda j e de la piez a a t a ladra r • Ava nc e de la primer a t a ladrador a • Re t irad a de la primer a t a ladrador a y avanc e de la segund a

U PV -CFP 2 9 1

Figura 8.27.

8.7.4. Subproces o de modelad o

En est e subproces o debe n rea liza rs e la s siguiente s ope rac iones : pri -merament e se situar á la mat ri z de bida m e nt e c e nt ra d a sobr e la piez a a modelar . A l de tec ta rs e la mat ri z po r e l senso r d , se producir á un prime r dispar o de l piló n situad o ve rt ica lment e sobr e e l conjunto . Posteriorment e se retirar á dich o piló n par a produc irs e un nuev o dispa ro . Fina lment e se

2 9 2 UPV-CFP

implementación del Automatismo a partir M

po r lo t a nt o la s e t a pa s son : re pos o

•

Ava nc e d e la m a t r i z

Pr im e r im pa c t o de l piló n

Re t i ra d a de l piló n

Se gund o im pa c t o de l piló n

Re t ira d a de l piló n

Re t i ra d a d e la m a t r i z

E parc ia l d e la Fig . 8 .2 8 .

Gra fce t

el

d i

dO

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Rsfui u ctoi pión

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dO

Os (tolano dea

cO

U PV -CFP

Figura 8.28. Subproceso de modelado

293

mwííc a y Automática

8 .7,5. Estructuració n de las secuencia s

M e d ia n t e e l e s t ud i o d e la s e spe c i f i c a c ione s y obje t ivo s de l automat is -m o , s e h a pod id o de t e rm ina r la na t ura le z a d e se c ue nc i a únic a de l subpro -c e s o d e t ra ns fe re nc i a e inde x a d o y únicament e c ua nd o éste fina liz a disparará n d e form a simultáne a lo s ot ro s t re s subproc e sos , condic ionado s po r un a m ism a transició n aO, lo c ua l podr á e st ruc t ura rs e mediant e una divergenci a en AN D

se

U n a ve z f ina l iza da s la s t re s se c ue nc ia s pa ra le la s s e pue d e completa r e l d ia gra m a m e dia nt e un a e st ruc t ur a lógic a d e convergenci a en AND.

Re a l iza d o lo indic a d o e n e l párraf o a nt e r ior , podre m o s rea liza r un pri -me r d ia gra m a Gra fc e t d e carácte r func iona l c o n la s e t a pa s conveniente -m e nt e e t ique t a da s indic a nd o la s ope ra c ione s a re a l iza r po r c a d a etapa , así c om o indic a r e n la s t ra nsic ione s la s re la c ione s d e lo s pulsa dore s , senso -res , e t c . . d e c uy a actuació n pue d a re a l iza rs e e l f ra nque o de dich a t ransi -ción (Fig . 8 .29 ).

se nt id o de qu e habrá pue st o s de m e c a niza d o si n ningun a pieza , co n lo que pued e produc irs e un func iona m ie nt o e n vacío qu e pue d e da r luga r a ave -ria s en e l subproc e so .

En e l m ode l o de la Fig . 8 .30 ., se pre se nt a un m ode l o modificad o en el qu e se t ien e en c ue nt a un a fabricació n po r lot es , c o n la introducció n de un contado r de pieza s y e n e l qu e se int roduc e un de t e c t o r de presenci a de piez a qu e habilit a , en est e caso , e l func iona m ie nt o de l subproceso .

294 UPV-CFP

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Figura 8.29. Diagrama Grafcet de todo el proceso

295

Implementación del Automatismo a partir del Grafce[

de l fi n

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n AND

iliza r un pri. inveniente -a etapa, asi >res, senso-jich a transí-

i , con l o que luga r a ave-

iificad o ene uCció n de presenci a *

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Hato» o de ta mofte .

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B-t : _ EnctawmíerÉ D del ataco.

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F/gura 8.29. Diagrama Grafcet de todo el proceso

UPV-CFP 295

implementación del Automatismo a partir del Grafcm

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Figura 8.29. Diagrama Grafcet de todo el proceso

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Figur a 8.30. Diagrama Grafcet por fabricación por lotes y contador de piezas

296 UPV-CFP

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El diseño d e tecomposic io «tos, hac ie n

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Q 7 \ Pe

4 I

Implementación del Automatismo a partir del Gra

No obstante , en est e prime r model o no se ha contemplad o el aspect o de que , tant o en e l inic i o de l func ionamient o com o al fina l , existirá n c ic lo s con un func ionamient o parc ia l , en el sent id o de qu e habrá puesto s de m e -canizad o si n ningun a pieza ; co n lo qu e pued e producirs e un func iona -mient o en vacío , qu e pued e da r luga r a avena s en e l subproceso .

En el mode l o de la Fig . 8.30. se present a un model o modificad o en e l que se t ien e en cuent a un a fabricació n po r lotes , co n la introducció n de un contado r de pieza s y en la qu e se int roduc e un detec to r de presenci a de pieza (ppi ) qu e habilit a en est e cas o e l func ionamient o de l subproceso .

Resumen :

El módul o secuenc iado r de e tap a es un concept o func iona l , imple -mentabl e en cua lquie r tecnologí a y qu e permit e establece r la dinámic a de funcionamient o previst a en la s c inc o regla s de un model o Grafcet .

La s ecuac ione s de activación/desactivació n asoc iada s a lo s modelo s Grafcet , so n la piedr a angula r de la implementació n de l a lgoritm o de con -tro l en lo s disposit ivo s lógico s programables .

El diseñ o de un sistem a comple j o es convenient e acometerl o mediant e la descomposició n en dist into s subprocesos , convenientement e interre la -cionados , hac iend o us o de la s est ruc tura s lógicas , divergencia s y conver -gencias .


• David , R., Halla , H. Petri Nets & Grafcet: Tools for modelling discrete event systems. Prent ice-Ha l l Internat iona l Edit ions , 1992.

• Blanchar d M. Comprendre maftriser et appliquer Le Grafcet. Cépa-dués - Éditions , 1987.

• Group e Equipemen t de Product io n Automatisé e réuni á l'ADEPA . Le Grafcet: de Nouveaux Concepts. Cépadué s - Éditions , 1991.

• Group e G7W ADEPA/AFCET . Le Grafcet. Cépadué s - Éditions , 1991.

• Michel , G. Autómatas Programables Industriales. Editoria l Marcombo , 1990.

UPV-CFP

9.1

9.2.

9.3.

9.4.

Introducción.......................................................... 301

Modos de Marcha...............................................— 302

La Seguridad 307

Diseño estructurado de los sistemas de con-trol automático 314

Diseño Estructurado

Obje t ivos :

, Conoc e r l o s d i s t i n t o s m o d o s d e m a rc h a y pa ra d a d e lo s t i sm os . a u t om a -

- De sc r ib i r d i s t i n t o s t r a t a m i e n t o s d e a la rm a s y e m e rge nc ia s de lo s s i s t e m a s a u t o m a t i z a d o s .

. De sc r ib i r e l c o n c e p t o d e diseñ o e s t r u c t u r a d o d e lo s m ode lo s de lo s a u t o m a t i s m o s .

• Conoc e r e l c o n c e p t o d e f o r z a d o d e e t a pa s y su s re g la s .

9.1. Introducción

Hast a e l m om e nt o s e ha re a l iza d o e l diseñ o de lo s disposit ivo s de contro l automático , t e n ie nd o e n c ue nt a e x c lusiva m e nt e la s necesidade s de su func iona m ie nt o d e la m a ne r a más e sc ue t a ; es dec ir , a tendiend o al c on -tro l de l func iona m ie nt o norm a l de l a ut om a t ism o , si n ot ra s considerac iones . Sin e m ba rgo , la s ne c e sida de s d e a lt o s nive le s de automatizació n en lo s procesos , así c om o la dedicació n e n e spe c ia l a t a re a s de seguridad , vigi -lanci a y autodiagnóstic o im pone n un a c om ple j ida d c rec ient e a dicho s sis -temas , sobr e t od o e n la s fa se s d e concepció n y de realización .

En e st a s fa se s de l proc e s o d e diseño , e x ist e n t od a un a seri e de c on -cepto s qu e ha n d e se r t e n ido s e n c ue nt a si , razonablemente , e l obje t iv o es obtene r la máxim a disponib i l ida d y se gurida d en e l func ionamient o de lo s sistema s d e c ont ro l automático . Alguno s de esto s concepto s depende n en ocasione s d e la na t ura le z a m ism a de dic ho s sistemas , per o en genera l existe n a lguno s c om une s a c a s i t odo s e llos . Esto s concepto s son :

- La se gur ida d : c o n la posibi l ida d de e fec tua r pa rada s de emer -ge nc ia .

• Lo s m odo s d e m a rc h a de l a ut om a t ism o .

Por t a nt o , pa r a un análisi s más a de c ua d o y comprensió n poste rio r de l model o globa l d e e st o s sist e m a s , es c onve nie nt e impone r su diseñ o de form a e st ruc t ura d a t e nie nd o e n c ue nt a lo s dive rso s a spe c t o s const it ut ivo s de l mode l o globa l .

La estructuració n e n dive rso s subm ode lo s pe rm it e rea liza r un diseñ o más de t a l la d o de c a d a un a de la s t a re a s a a t e nde r po r pa rt e de l sist e m a


de cont rol , a l t iemp o qu e permit e y fac ilit a su representació n documentad a de form a más comprensibl e y legibl e par a su posterio r modificació n o mantenim iento . En el diseñ o de un sistem a cua lquie r a la jerarquí a entr e lo s dive rso s aspec to s de l model o globa l , com o result a obvio , vien e dad a por est e orden : seguridad , modo s de march a y func ionamient o normal .

MODELO GLOBAL DEL SISTEMA

¿«• ':::: ra f cet - • • d e

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Grafce t

Modo s d e More r a

DiOQfqiTíq $

Grafce t

PrcxJucció n

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Figura 9.1. Diversos aspectos del modelo global

0

3 uto

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e d é n apa rec e

a pr io n deriva d

...asjncronismos

o falta de ma

£?- . Modos de Marcha .'Mcionamient

Baj o est a definició n se de sc ribe n lo s dive rso s modo s de func iona - ; e s { e m o c ' 0 d e mient o qu e puede n rea liza rs e en lo s sist e m a s a ut om a t iza dos , teniend o en ^ P a r a e i e c ' cuent a qu e esto s modo s de func iona m ie nt o ha n sid o concebido s y esta - *$e lleva a ca blec ido s en la propi a fa s e de diseñ o de l sist ema ; po r lo t anto , se excluye n ;: se suele int rod i de est a definició n tod o c om port a m ie nt o no de te rm inist a de l m ismo . etapa inicia

El func ionam ient o norma l de l a ut om a t ism o es gene ra lment e cíclico ; y to! eCeP* ' v'dc es posibl e rea liza r un a clasificació n de l m ism o a part i r de qu e el sistem a e a f T a n q c func ione :

Ejecutand o el c ic l o de form a inde finid a a part i r de un a autoriza -ción de l operador . Ejecutand o el c ic l o un o a un o co n requerim ient o de autorización , po r part e de l operador , en cad a ocasión . Ejecutando , po r part e de l operador , un cont ro l permanent e per -mit iend o la activació n de un a o más e tapa s en cad a autonza -c ion .

A part i r de lo s modo s de func ionamient o re fe ridos , diversida d de com -binac ione s podría n rea lizarse ; per o en genera l lo s modo s de march a se c lasifica n en marcha s automática s y marcha s de intervención .

302 UPV-CFP


0 K '• •

e/o global

9 .2 .1 . M a rc ha s automáticas .

Se t ra t a de l mod o de func iona m ie nt o norma l , par a e l cua l el sistem a ha sid o diseñado . A su ve z pue de n c lasifica rs e en :

• Func iona m ie nt o semiautomático . • Func iona m ie nt o automático .

9.2.2 . M a rc ha s d e intervenció n

Se t ra t a de m odo s de func iona m ie nt o espec ia les , ut ilizado s genera l -ment e en lo s pe riodo s de a just e de l func iona m ie nt o de lo s sistema s auto -m a t iza dos . Téngas e en c ue nt a , qu e t ra s la implementació n físic a de l pro -ceso , pue de n a pa re c e r asincronísimo s en su func ionam iento , de difíci l pre -visió n a pr ior i , de r iva do s de la c la s e de tecnologí a ut ilizada . Ademá s esto s m ism o s asincronísimo s so n susc e pt ible s de apa rece r po r enve jec imiento , de t e rior o o fa l t a de m a nt e nim ie nt o de lo s e le m e nt o s integrante s de l proce -so . :" >-r' i: * - ^ : ; , l J S B

9.2.2.1. Funcionamiento semiautomático: Marcha ciclo a ciclo - Ciclo único

os modos de

omatizados, ^

5 ge n e r

part í r

aP de

en

i f

>5

4 nS

En e st e m od o de func iona m ie nt o c a d a c ic l o necesit a la autorizació n de l ope ra do r pa r a e je c ut a rse . El c ont ro l sobr e la ejecució n de cad a un o de lo s c ic lo s se llev a a c a b o m e dia nt e la va riabl e AC (arranqu e de c ic lo) , po r lo qu e se sue l e int roduc i r en la re c e pt ivida d asoc iad a a la transició n va li -dad a po r la e t a p a inic ia l . Ademá s de la c it ad a va riable , se sue l e introduci r en la m ism a re c e pt ivida d la funció n lógic a qu e represent a la s condic ione s inic ia le s (Cl ) de a rra nque .

AC.v

J

Q • Conoioione s tn^-tates .

Figura 9.2. Marcha cid o a ciclo

UPV-CFP 303

Rabética y Automática

Un e jempl o de utilizació n de la s Cl podrí a se r e l de fija r la pos i " correc t a de dive rso s órgano s mecánico s (e jes , c ilindro s neumático s e t ^ par a e l correc t o comienz o en el func ionamient o de l sistema . ' c

Puest o qu e esta s condic ione s inic ia le s (Cl ) ha n de cumplirs e de for m sistemátic a a l comienz o de cad a c ic lo , se sue l e int roduc i r su verificació n monitorizad a com o acció n asoc iad a a la e tap a de inicialización .

Para e jerce r un cont ro l est ric t o sobr e e l c ic l o y evita r su repetició n in -deseada , se sue l e int roduc i r la seña l de a rranqu e de c ic l o AC mediant e flanc o de subida , evitand o de est a mane r a su repetició n aun en el caso qu e dich a seña l hay a quedad o ac t ivad a de sd e e l c ic l o precedente . Otra form a ut ilizad a consist e en la introducció n de la e tap a "anti-repetición" , al fina l de cad a c ic lo , cuy a acció n a soc ia d a c onsist e en desac t iva r la condi -ción de a rranqu e de c ic l o AC a c t iva d a a l inic i o de c ic l o pa r a pode r pasa r al c ic l o siguiente .

A C . C I

\ > C i c l o

A C = A r r a n q u e d e c i c l o . C l - C o n d i c i o n e s in ic ia le s .

Figura 9.3. Marcha ciclo único

304 UPV-CFP


g 2.2.2. Funcionamiento Automático: marcha ciclo automático- ciclos conti-nuos

En est e mod o de func iona m ie nt o , c ua nd o se e je c ut a la orde n de arranqu e de c ic l o (AC) , e l sist e m a pe rm a ne c e func iona nd o de form a inint e -rrumpida , hast a qu e un a orde n de pa ra d a norm a l , c om ple m e nt a ri a de la anterior , se a e fe c t ua da . La pa ra d a norm a l , en est e m od o de func iona -mient o de t ien e e l s ist e m a a l f ina l de l c ic l o en c urso , a dife re nc i a de la s pa -rada s de e m e rge nc ia , c uy o obje t o po r lo ge ne ra l es pa ra r de inmedia t o la ejecució n de l c ic l o se a c ua l se a su situación .

Para e l c ont ro l sobr e e l c ic l o c ont inu o s e sue l e e st a ble c e r un a e st ruc -tur a je ra rquiza d a c o n do s d ia gra m a s Gra fc e t (Fig . 9 .4 .), dond e e l de orde n superio r (m a e st ro) , c ont rol a e l func iona m ie nt o de l infe rio r (e sc la vo) .

Ot ra s form a s de implementació n ut i l iza n la informació n sum inist ra d a po r un c onm ut a do r d e do s posic ione s , ha c ie nd o posibl e e l func iona m ie nt o combinad o de m a rc h a automátic o o de c ic l o a c ic lo .

•

21 .Cl

Pa ra d a

AC.CI .PC

M a r c h a automátic a

C i c l o

A C = Arra nqu e d e c i c lo . Cl - Cond ic ione s Inic ia les . PC = Pa ra d a d e cíelo .

Figura 9.4. Marcha ciclo automático

UPV -CFP 305

9.2.3. M a rc ha s de a just e de l s ist e m a

En est e mod o de func ionam ient o s e e je rc e u n cont ro l est ric t o no va sobr e la ejecució n de un c ic lo , sin o sobr e la ejecució n d e un a e t a p a o con -junt o de e lla s en un mism o c ic lo . Result a se r la form a d e operació n ut iliza -da , sobr e t od o en lo s proceso s de a just e y pue st a a punt o d e lo s sistema s a ut om a t iza dos , mediant e e l cua l se c orrige n func iona m ie nt o s imprevisto s fa llos , averías o correcc ione s prec isa s en e l func iona m ie nt o d e máquina s o disposit ivo s de cont rol .

En est e mod o de func iona m ie nt o se re quie r e f r e c u e n t e m e n t e la para -da de l sist ema , bie n se a po r inhibició n de la s a c c ione s a soc ia da s a las e tapas , o bie n po r congelació n de l a ut om a t ism o im pidie nd o e l fra nque a -mient o de de t e rm ina da s t ra nsic ione s . Est e m od o de func iona m ie nt o re -quie r e un profund o c onoc im ie nt o de l s ist e m a , po r pa rt e de l ope ra dor , así com o la implementació n de l s ist e m a m e dia nt e un a tecnologí a qu e hag a posibl e un a fáci l intervención .

A C . C I

A u t o

C i c l o a c i c l o

— - O

A A

f i n . a u t o

C i c l o

íin.cicl o a c i c l o

A C == A r r a n q u e d e c i c l o . C l f ¿ C o n d i c i o n e s in ic ia le s . PC = Pa ra d a d e c i c l o .

Figura 9.5. Marchas de intervención

306 U P V - C F P

Diseño Estruct

9.3. La Seguridad

Lo s disposit ivo s de c ont ro l ha n de c ont a r c o n lo s recurso s ne c e sa rio s dedicado s a l obje t iv o d e ga ra nt iza r un bue n c om port a m ie nt o de l sist e m a en el cas o de sit ua c ione s im pre vist a s , averías , e m e rge nc ia s , e t c . Con t od o ello debe n asegura r , sobr e t odo , nive le s a de c ua do s de se gurida d par a lo s operadore s hum a no s a l c a rg o de lo s sist e m a s , c ua nd o no de la s propia s insta lac ione s indust ria le s , c uy a reparació n pue d e supone r la dedicació n de grande s re c urso s económicos .

Baj o e l c onc e pt o genéric o de la se gurida d se e nglob a la c a pa c ida d de l sistem a a ut om a t iza d o a m inim iza r la proba bil ida d de aparició n de fa llo s en su func iona m ie nt o , así c om o su s e fe c t os . Enunc ia do s más prec isos , de r i -vada s de l c onc e pt o globa l , de f ine n :

• Se gurida d : a use nc i a de pe ligr o pa r a la s pe rsona s e inst a la c io -s# ne s .

• Disponibi l ida d : a use nc i a d e pa ra da s c om o c onse c ue nc i a de f a -llo s de l s ist e m a .

El e st udi o d e la se gurida d de b e se r a borda d o t e nie nd o en cuent a un dobl e a spe c t o . Por un a pa rt e e l análisi s d e rie sgos ; e s dec ir , probabil ida d y graveda d e n la aparición , así c om o e l c um plim ie nt o de la norma t iv a lega l a l respecto .

No obst a nt e , e l t ip o de soluc ione s a dopt a da s pa r a asegura r a l máxim o a segurida d y disponibi l ida d d e lo s sist e m a s a ut om a t iza do s va n a esta r condic ionado s po r s u na t ura le z a tecnológica . A est e respec t o en lo s suc e -sivo s apa rt ado s c it a re m o s a lguna s de la s soluc ione s qu e se adopta n de form a c om bina d a y c o n carácte r ge ne ra l .

9-3.1. Tratamient o de alarma s y emergencia s

En lo qu e respec t a a l t ra t a m ie nt o de a la rma s y sit uac ione s de emer -gencia , es convenient e su clasificació n a part i r de c rit e rio s de im ple m e nt a -ción tecnológic a de lo s sistema s a t ra ta r . Por e llo , la s a la rmas , a tendiend o al grad o de afectación , puede n se r c lasificada s como :

• Alarma s locales : sólo afectará n pa rc ia lment e a l sistema , de form a qu e su e fec t o sólo deb e repercut i r sobr e un conjunt o de l i -m itad o de disposit ivo s tecnológico s o subsistem a conc re to .

UPV-CFP 307


Alarma s genera l , va n a dispone r de priorida d frent e a la s locale s ante -

jw m —

nórment e referidas .

Tanto las alarma s locale s como las generales , puede n ser implemen -tadas mediant e la introducció n de una nuev a variabl e asociad a según los siguiente s casos :

• Introducció n de la variabl e asociad a en las condicione s de des-activació n de la funció n lógic a activadora/desactivador a de eta-pa.

• Introducció n de la variabl e asociad a en las funcione s lógica s asociada s a las receptividades .

• Introducció n de la variabl e asociad a com o condició n adiciona l a la ejecució n de las accione s asociada s a las etapas .

Realicemo s un estudi o con más detall e de lo expuest o anteriorment e

Veamos seguidament e un ejempl o del prime r caso :

En = Zp.Zt.(En - l.Tn - 1 + En.En + 1 )

esta ecuació n de activació n / desactivació n de etapa se

una alarm a de can alarm a de carácte r

que represent a a una alarm a de carácte r

es de activació n de etapas del diagram a funcion a Dresentativ a de la alarm a local , cuy a aparició n se determinad o de ecuacione s de activación .

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En la m o d articip a en c a je form a qu e mtién la e vo l ^ sistem a pue c * la a larma .

Otro criteri o utilizad o para el tratamient o de las alarma s consist e en la intervenció n de las variable s representativa s de alarma s en las receptivi -dades asociada s a cada transición . Ello permite , de form a relativament e fácil , hacer evoluciona r el sistem a a determinada s situacione s de parada o esper a ante situacione s de emergencia . De form a rigurosa las variable s de alarm a debería n aparece r en cada una de las etapas del Grafcet , y tener previst a cada una de las situacione s de segurida d en funció n del tramo en ejecució n y de los nivele s de segurida d solicitados .

308 UPV-CFP


Una posibl e clasificació n de l t ra t a m ie nt o de a la rm a s de lo s sist e m a s , frent e a si t ua c ione s de e m e rge nc ia , se podrí a rea liza r s i e l sist e m a se comport a ut i l iza nd o lo s s iguie nt e s c r i t e r ios :

• Sin se c ue nc i a d e e m e rge nc ia .

• Co n se c ue nc i a d e e m e rge nc ia .

En e l pr im e r o d e e l lo s e l s ist e m a , a nt e un a situació n de a la rm a , se limit a a de t e ne r s u evolució n y suspe nd e la s ope ra c ione s básicas , a soc ia -das a la e t a p a dond e se produc e l a suspensión . Además , pue de n e st a ble -cers e a pa rt i r d e e st e c r i t e r i o dive rsa s va r ia nt e s . Do s d e e lla s serían :

• Inhibició n d e a c c ione s .

• Congelació n de l a ut om a t ism o .

En la m oda l ida d d e inhibició n d e a c c ione s , la aparició n de la seña l de alarm a no de t ie n e d i re c t a m e nt e la evolució n de l a ut om a t ism o , sin o qu e inhib e a la s propia s a c c ione s a soc ia da s a la s e t a pa s (Fig . 9 .6 .).

En la m oda l ida d de congelació n de l a ut om a t ism o , la seña l de a la rm a part ic ip a en c a d a un a de la s re c e pt ivida de s a soc ia da s a la s t ransic iones , de form a qu e s u activació n im pid e la pue st a a "1 " de la recept ivida d y tambié n la evolució n de l sist e m a . Cua nd o l a seña l de a la rm a de sa pa re c e , el sistem a pue d e c ont inua r s u evolució n a pa rt i r de la e tap a dond e se pro -duj o l a a la rm a .

.Tn-2

• Tn-1

• Tn

Zt

Zt

B

Zt

C

Figura 9.6. Tratamiento de alarmas por inhibición de acciones

En la Fig . 9.7. pue d e a pre c ia rs e la aplicació n c om bina d a d e t ra t a -m ient o de a la rm a m e dia nt e inhibició n d e a c c ione s y congelació n de l a u t o -m a t ism o , M va

UPV-CFP 309


En la se gund a opció n de se c ue nc i a de e m e rge nc ia , la evolució n de l sist e m a de riv a ha c i a un a se c ue nc i a de e m e rge nc ia , c onst i t uid a po r un a o más e t a pa s , c uya s a c c ione s están orie nt a da s a sit ua r a lo s ope ra dore s y al proc e s o m ism o en la s m e jore s c ondic ione s posible s , en orde n a sa lva -gua rda r s u int e gr ida d . Est a se c ue nc i a de e m e rge nc i a deber á e jecuta rs e a nt e la activació n de la seña l de a la rm a a soc ia da , c uy a na t ura le z a estará lógicament e c ondic iona d a po r a spe c t o s de implementació n tecnológica . En la Fig . 9.8. se ofre c e un e je m pl o de representación , e n dia gra m a s Grafce t , de e st a opció n d e t ra t a m ie nt o m e dia nt e la aplicació n d e un a se c ue nc i a de e m e rge nc ia .

zt

A

Tn-2.Zt Zt

B

.Tn-1 .Zt Zt

C

Tn.Zt

Figura 9.7. Inhibición de acciones y congelación del automatismo

Tn-2.Zt

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Th-1 ,Z1

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TnZt

Zt

I

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• Secuenci a

tí© emergenci a

Figura 9.8. Tratamiento de alarmas mediante secuencia de emergencia

310 UPV-CFP

Diseño Estructura

V e a m o s l a aplicació n de a lguno s de lo s c onc e pt o s vist o s a nt e rior -mente , a l diseñ o de un proc e s o en pa rt ic ula r .

9.3.2. E j e m p l o d e aplicació n

En e l proc e s o de la Fig . 9 .9 . , se pre t e nd e rea liza r e l volc a d o de un a mezcl a de c e m e nt o en la zon a re c t a ngula r G. Pa ra e ll o se dispon e de un sistem a de do s va gone t a s qu e cargará n lo s m a t e ria le s necesa rio s (ce -ment o y a gua ) , a lm a c e na do s en la s t olva s C y A, c uyo s a c c iona dore s TC y TA provoca n e l ve r t id o d e lo s m a t e r ia le s re spe c t ivos ; y fe y f a so n dosif ic a -dore s qu e a dvie r t e n d e qu e y a se dispon e de la c a nt ida d sufic ient e de materia l .

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Figura 9.9. Proceso ejemplo

El c ic l o pue d e c om e nza r m e dia nt e e l a c c iona m ie nt o de un pulsado r de a rra nqu e M, s ie m pr e y c ua nd o s e ha lle n la s va gone t a s dispue st a s en lo s punt o s A y D.

La va gone t a qu e c ubr e e l t ra ye c t o A C dispon e de m ot o r c o n sent ido s de m a rc h a a de re c h a M D1 e izquie rd a M U ; y deber á de t e ne rs e pre via -ment e ba j o la t o lv a d e c e m e nt o pa r a rea liza r la c a rga . Despué s deb e di r i -girs e a l punt o C donde , m e dia nt e e l a c c iona m ie nt o de VC, volcar á el c e -ment o a la va gone t a de l c irc uit o infe rior . El volc a d o de b e produc irs e s ie m -pr e y c ua nd o se ha ll e la ot r a va gone t a de ba j o y éste finalizar á c ua nd o se act iv e e l se nso r de fvc .

La va gone t a de la pa rt e infe rio r sólo t ien e se nt id o de m a rc h a a de re -ch a MD2, s i bie n pose e un inve rso r de m a rc h a qu e se ac t iv a a l f ina l de

UPV-CFP 311

cad a c ic lo . Est a deb e comenza r su recorrid o c ua nd o la ot r a vagone t a se sitú e deba j o de la tolv a de cemento , se detendr á a ca rga r agu a en el punt o E, par a poste riorment e dirigirs e a l punt o F dond e recibir á la descarg a de cement o de la vagone t a superior . Cuand o fina lic e la de sc a rg a la vagonet a superio r deb e regresa r a su punt o de part id a A, y la infe rio r deb e act iva r su molinet e (acc ionado r MOL) a l t iemp o qu e se dirig e a l punt o G de descarg a (acc ionado r DES); cuand o fina lic e ésta (fdes ) de b e dirigirs e a l punt o D cerrand o e l recorrid o de l c ircuito .

El diagram a func iona l qu e mode l a e l disposit iv o de c ont ro l de l sistem a vien e representad o en la Fig . 9 .10.

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Figura 9. W. Diagrama funcional

312 UPV-CFP

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Diseño Estructura

No obstante , supongamo s que , e n un a segund a fa s e de diseño , de -seamo s dota r a l m ism o de un de t e rm ina d o c om port a m ie nt o en lo s s i -guiente s supuestos :

a) Avería en lo s mecanismo s de a pe rt ura /c ie rr e de la s t olva s T C y TA, en ta l cas o se proceder á a la suspensió n de toda s la s ope ra -c ione s co n re t irad a de la s va gone t a s a su luga r de orige n y proc e -de r a su reparación .

b) Avería de cua lquie r a de la s do s vagone tas , c o n lo cua l deb e igua lment e suspende rs e t od a la operació n y re t ira rla s a su luga r de origen .

c ) Aparició n de algún obstácul o en la t rayec tori a de cua lquie r a de la s do s vagone tas , lo cua l deberá suspe nde r t e m pora lm e nt e su e vo -lució n hast a qu e se a re t irad o e l obstáculo .

En lo s caso s a y b de be m o s dota r a l diagram a func iona l de l sistem a de un a secuenc i a de emergenc i a (Fig . 9 .11 .) qu e sitú e a l m ism o en la s i -tuació n deseada . La secuenc i a contempl a la activació n de un a a la rm a so -nor a AS cuand o se produzc a la avería en un a u ot r a vagone ta ; la re t irad a de ésta de form a manua l a su punt o de part id a par a su reparación , y f ina l -ment e la restauració n de t oda s la s condic ione s inic ia le s qu e haga n posibl e el rearm e de l sistem a y e l re torn o a l bue n func ionam iento .

El cas o c pued e se r soluc ionad o mediant e un a est ra tegi a de conge la -ción e inhibición , int roduc iend o un a va riabl e en cad a un a de la s recept ivi -dade s afectada s y dotand o de carácte r condic iona l a la s acc ione s de mar -cha de la s vagonetas .

Las variable s de a larm a int roduc ida s so n P, cuy a activació n indicar á avena s de la s vagonetas , y PO qu e indicar á presenc i a de obstácul o en la s trayectoria s de la s mismas . La s modificac ione s a l diagram a origina l , t e -niend o en consideració n la s variable s y secuenc i a de a larma , qued a re fle -jad a en la Fig.9 .11 .

Com o pued e observars e en dich o diagrama , y en sent id o riguroso , s i se toma n en consideració n todo s lo s posible s aspecto s de la segurida d establecido s en la s especificac ione s de diseñ o de l sistem a en conside ra -ción de cad a una de la s etapa s de l diagram a func iona l Grafcet , debería existi r una divergenci a haci a la secuenci a de emergenci a de carácte r prio -ritario , asegurand o que , se a cua l fuer e la situació n en qu e se encont rase , estuvies e garantizad a la segurida d de l sistema . No obstante , com o result a

v ! ° a l a y , s t a d e l diagrama , la estrategi a de representació n exhaust iv a en un únic o diagrama , pued e complica r en la mayorí a de caso s la representa -

UPV-CFP 313


ción de a lguno s sistemas , y est o va en cont r a de lo s obje t ivo s de legibili -da d y c la rida d en lo s diagrama s func iona les . Por e ll o se debe n adopta r medida s co n obje t o de est ruc tura r la representació n de lo s sist emas .

9.4. Diseño estructurado de ios sistemas de control au-%

tom ático Realiza r un diseñ o est ruc turad o de l sist e m a de c ont ro l automátic o

consist e en rea lizar , en la medid a de lo posible , un a representació n sepa -rad a de lo s diverso s aspec to s de l m ode l o de l s ist e m a , t a le s c om o : el fun -c ionamient o norma l de producción , dist int o s m odo s de m a rc h a posibles , parada s de emergenc i a asoc iada s a la se gurida d , e t c . , m e dia nt e la ut iliza -ción de diagrama s func iona le s pa rc ia le s que , de la form a más exhaust iv a posibl e si n perde r su legibil idad , m ode le n c a d a un o de e llo s e l comporta -mient o de l sistem a de cont ro l t e nie nd o en c ue nt a e st o s a spe c t os .

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F/gura 9.11. Secuencia de emergencia

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314 UPV-CFP

Diseño Esírvcturaú

9.4.1. D ia g ra m a s j e r a r q u i z a d o s y f o r z a d o d e s i t u a c i o n e s

Con obje t o de e st a ble c e r un diseñ o e st ruc t ura d o de l s is t e m a , e s ne c e -sari o sepa ra r m e dia nt e d ia gra m a s pa rc ia le s e l m ode l o globa l de l m ism o . Cada un o de e st o s d ia gra m a s Gra fc e t pa rc ia le s deber á m ode la r e l func io -namient o de l s ist e m a t e nie nd o e n c ue nt a e l a spe c t o e n c a d a m om e nt o considerado . Pue st o qu e t odo s lo s a spe c t o s de l func iona m ie nt o de l s is t e -ma están e st re c ha m e nt e ¡nterrelacionados , es pre c is o ga ra nt iza r dic h a interrelació n e nt r e t odo s y c a d a un o d e lo s d ia gra m a s pa rc ia le s , a l t ie m p o que ha y qu e e st a ble c e r la s c ondic ione s d e de pe nde nc i a y relació n de j e -rarquí a ent r e lo s dia gra m a s , e n orde n a la im port a nc i a d e la s func ione s asociada s a lo s m ism os .

El nive l de jerarquí a podr á e st a ble c e rs e e nt r e únicament e do s dia gra -mas , en e l c a s o más sim ple ; o a lgun o más, e n lo s c a so s qu e la c om ple j i -da d de l sist e m a así lo a c onse je .

Un e je m pl o d e dia gra m a e st ruc t ura d o d e u n sist e m a genéric o sería el representad o po r la Fig . 9 .1 2 ., e n e l qu e po r s im pl ic ida d de representación , sólo se ha inc luid o u n dia gra m a pa rc ia l de producción .

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Gra fc e t d e Producció n (GP)

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Gra fc e t d e Marcha s (GM)

Cic l o

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AC Cl PC

= Arranqu e d e c ic l o « Condic ione s inic ia le s

Parad a d e c ic lo .

Figura 9.12. Diagrama estructurado de un sistema genérico

U P V -C F P

3 1 S

9.4.2. Orden de forzad o

La relació n ent r e diagrama s parc ia le s dife rente s se llev a a cab o me -diant e la s denominada s ordene s de forzado, e jecutada s en un diagram a parc ia l jerárquicament e superior . Esta s pe rm ite n modifica r la situació n de un diagram a parc ia l inferior ; es dec ir , modifica r e l conjunt o de etapa s ac t i -vada s en un instant e de te rminad o en funció n de la activació n de un a o más variable s qu e interviene n en la recept ivida d de a lgun a transició n de l prime r diagrama .

Dada la relació n de jerarquí a establec id a en la orde n de forzado, ésta se efectú a siempr e co n carácte r priorit a rio . La orde n de forzad o se efectúa en un diagram a jerárquic o superior , y su e fec t o se produc e en un o inferior . La representació n en lo s diagrama s se rea liz a según lo most rad o en la Fig . 9.13. Su sintax i s vien e dad a po r la inscripción :

F/ldentifícador de la parte forzada:{Situación forzada}

En e l e jempl o de la Fig . 9 .13 ., la orde n de forza d o a fec t a a l Grafce t n°3, e l cua l devendr á a la situació n e n la qu e la s e t a pa s 8 y 10 estará n act iva s simultáneamente .

9.4.2.1. Reglas de forzado

Puest o qu e la s órdene s de forzado a fec ta n a la dinámic a globa l de l sistema , requie re n de un a se ri e de norm a s pa r a qu e su aplicació n qued e exent a de ambigüedade s e interpretació n dive rsa . Esta s regla s de evolu -ción son :

• Regla n°1:

El forzado es un a orde n inte rna , c om o result ad o de un a evolución . Para un a situació n qu e comport a un a o va ria s órdene s de forzado, los gra fce t s forzados tomará n de inmedia t o y direc tament e la o la s situacio -ne s impuestas .

• Regl a n° 2:

• A tod a aparició n de un a nuev a situación , la aplicació n de l forza-do es prioritari a co n relació n a tod a ac t ivida d de l model o (evolu -ción , a fec tad o de la s sa lidas , e t c .) .

3 1 6 UPV-CFP


• La s re gla s de evolució n no se a pl ic a n más qu e e n un a situació n po r la c ua l e l gra fc e t pa rc ia l forzado está e n la situació n im -pue st a po r e l gra fc e t forza nt e .

Com o ampliació n a la interpretació n de la s re gla s a nt e r iore s t e ne m os :

• Lo s gra fc e t s forzados se m a nt ie ne n e n la situació n im pue st a m ie nt ra s se a n válida s la s órdene s d e forzado.

• Si u n Gra fc e t fue rz a a ot r o lo recíproc o será im posible .

• En t od o m om e nt o de l func iona m ie nt o , un Gra fc e t sól o pue d e se r forzado po r u n únic o Gra fc e t .

9 .4.3 . Aplicació n del diseñ o estructurad o

Aborda re m o s nue va m e nt e e l e je m pl o que , c o n carácte r pedagógico , ha sid o ut i l iza d o a nt e r iorm e nt e e n e l a pa rt a d o d e Eje m pl o d e Aplicación .

En e st e c a s o c onc re t o , e l c r i t e r i o qu e ut i l iza re m o s será de sc om pone r el m ode l o globa l e n c ua t r o d ia gra m a s pa rc ia le s lo s c ua le s representará n re spe c t iva m e nt e : la se gur ida d , lo s m odo s d e m a rc h a y lo s do s de func io -namient o d e lo s subsist e m a s d e c a d a un a d e la s va gone t a s .

El prim e r dia gra m a , jerárquicament e supe rior , deberá e st a ble c e r lo s crite rio s sobr e se gurida d re a l iza do s e n la s e spe c if ic a c ione s de diseñ o de l apartad o reseñad o a nt e r iorm e nt e . Est e s e auxiliar á de la orde n de forza d o consiguient e pa r a t a l e fe c t o .

El se gund o dia gra m a , se ocupar á de hace r posibl e lo s m odo s de m a r -ch a automátic o c ic l o a c ic lo , o de intervenció n según e st a ble zc a e l ope ra -dor .

Por último , do s dia gra m a s qu e representará n e l func iona m ie nt o norma l de lo s subsistema s de producció n correspondiente s a la s vagone tas .

El bloqu e de diagrama s representado s en la Fig . 9 .13., se ofrec e com o model o de l sistema .

UPV-CFP 3 1 7


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Figura 9.13. Ejemplo de aplicación del diseño estructurado

Re sum e n :

El diseñ o est ruc turad o pe rm it e la incorporación , a l m ode l o de l sistema , de aspec to s fundamenta le s de lo s sist ema s de producció n automat izado s rea les , t a le s com o lo s modo s de march a y e l t ra t a m ie nt o de a larma s y emergenc ias .

318 U P V - C F P


Lo s dist int o s t ra t am iento s de a la rma s y emergenc ia s no so n ni me jore s ni peores , uno s respec t o de lo s ot ros . Esto s so n complementario s y a de -cuado s par a cad a cas o y aplicació n conc re ta .

En la fa s e inic ia l de prueba s de la puest a en march a de lo s sistema s automat izado s en part icula r , y en la s fase s poste riore s de a just e y regla je , es convenient e ut il iza r e l métod o de comprobació n e tap a a e tapa , co n ob -je t o de evit a r lo s func iona m ie nt o s desast rosos .

Re fe re nc ia s bibliográficas :

• Bla nc ha r d M. Comprendre maftriser et appliquer Le Grafcet. Cépadué s -Édit ions , 1987 .

• Boss y J .C. , Bra rd , P., Faugér e P., Me rlau d c . Le Grafcet: Sa pratique etses applications. Édition s Ca st e il la , 1979.

• David , R., Ha lla , H. Petri Nets & Grafcet: Tools for modelling discrete event systems. Pre nt ic e -H a l l I nt e rna t iona l Edit ions , 1992.

• Group e Equipe m e n t de Produc t io n Automatisé e réun i á l'ADEPA . Grafcet: de Nouveaux Concepts. Cépadué s - Éditions , 1 9 9 1 .

• Group e G7 W ADEPA/AFCET . Le Grafcet. Cépadué s - Éditions , 1991 . • M ic he l , G. Autómatas Programables Industriales. Editoria l Marcombo ,

1990.

U PV -CFP 319

A P I T U L O

GUIA DE ESTUDIO DE LOS MODOS DE MARCHA

PARO DE LOS SIS TEMA S A U TOMA TIZA DOS: GEMMA

10.1. Introducción.......................................................

10.2. Principales conceptos.......................................

10.3. Método general de utilización de GEMMA..........

10.4. Grupo F: Procedimientos de funcionamiento.... 330

10.5. Grupo A: procedimientos de parada de la par-te operativa.........................................................

10.6. Grupo D: procedimientos de fallos de la parte operativa.............................................................

10.7. Estados de la parte de control: grupo de es-tados PZ

(juia oe tstuüio oe ios Modos de Marcha y Paro de los Sistemas Autom¿

Obje t ivos :

• De sc r ib i r la metodologí a d e la Guía d e Est ud i o d e lo s M odo s d e M a rc h a y Pa ra d a d e lo s s i s t e m a s a u t om a t iza dos .

• Ana l iza r lo s d i s t i n t o s m a c ro -e s t a do s po r lo s qu e pue d e a t ra ve sa r u n s is t e m a a u t om a t i za d o e n s u f unc iona m ie n t o .

• Cla s i f ic a r lo s g r u p o s d e e s t a do s GEMMA, e n funció n d e s u pe r t e -ne nc i a a lo s d i s t i n t o s m a c ro -e s t a dos .

10.1. Introducción

T od o sist e m a a ut om a t iza d o pla nt e a a borda r dist int a s fa se s en su re a -lización :

• Concepción .

• Implementación .

• Explotación .

• M a nt e nim ie nt o .

GEMMA es e l acrónim o d e Guía d e Estudi o d e Modo s de Marcha s y Parada s (Arre t s) . GEM M A , de f in e un voc a bula ri o prec is o pa r a lo s modo s de marcha s y pa ra da s d e un a ut om a t ism o . La utilizació n de GEMMA pro -muev e l a sistematizació n en e l diseñ o de lo s sist ema s automa t izado s de producción , c onside ra nd o lo s dist int o s m a c roe st a do s po r lo s que , e ve n -t ua lmente , pued e de se m boc a r e l func iona m ie nt o de l m ism o desd e un nive l de abstracció n supe rior . Es un a list a e x ha ust iv a de todo s lo s estado s qu e puede n se r necesa rio s pa r a e l bue n func ionam ient o de un automat ism o indust ria l y de la s re lac ione s posible s ent r e dicho s estados .

El carácte r analític o de l GRAFCET , qu e const it uy e un a de su s propie -dade s esenc ia les , es , simultáneamente , caus a de c ie rta s lim itac iones , ya qu e el GRAFCET no pe rm it e expone r de maner a senc ill a lo s modo s de march a y de parad a de un automa t ism o porqu e no está concebid o par a est e f in , sin o par a el desa rroll o t op-dow n de la s diversa s operac ione s e le -mentale s qu e deba n tene r luga r en el func ionamient o de l automat ismo .

La s misma s instanc ia s qu e desarrolla ro n el GRAFCET desarrolla ro n posteriorment e un a metodologí a complementa ria , la Guía de Estudi o de Modo s de Marcha s y Parada s GEMMA, dest inad a a representa r lo s proc e -

UPV-CFP 323

dimiento s de func ionamiento , de parad a y de fa ll o de un automat ismo , c u -ya utilización , en la fas e de diseñ o de cua lquie r automat ismo , deb e plan -tears e ¡niciaímente , part iend o de un a concepció n de l macro-func iona -mient o de l sistema ; reservand o el us o de l GRAFCET , par a el desarroll o de cad a un o de lo s macro-estado s resultante s de la Guía de Estudio s de Mar-cha s y Parada s (GEMMA).

10.2. Principales conceptos

La Guía de Estudio s de Marcha s y Parada s GEM M A es un a repre -sentació n gráfic a - sintétic a - de lo s modo s de marcha s y pa radas , así b e i i i d o i u i i y i « ' ^ " i \

com o de las t ransic ione s asoc iada s de un a ut om a t ism o . La pa rt e operat iv a activ a (POA) está descrit a co n respec t o a su f ina l ida d po r su estado , ya sea "e n producción " o bie n "fuer a de producción" . Se dic e qu e e l sistem a está en producción , si proced e a la s ope ra c ione s pa r a la s c ua le s está c on -cebido : fabricació n de un a piez a o de un produc t o , modificación , medid a control , manutención , manipulación , e t c . .

Un sistem a está en producció n en dife re nt e s si t ua c ione s : producció n normal , automática , semiautomátic a o m a nua l , t a nt o s i está en estad o de march a complet a o pa rc ia lment e en fa l lo . Por e je m plo , un sist e m a pued e produci r c ierta s piezas , aunqu e el recuent o d e la producció n o e l estad o de desgast e de las herramienta s no estén a se gura dos .

La situació n de producció n es de finid a c o n re spe c t o a la na t ura le z a de l proces o y a c ierta s condic ione s de se gurida d . En c a s o c ont ra r io , e l sistem a está fuer a de producción . Por lo demás , e l proc e dim ie nt o pue d e adopta r diverso s modo s de marcha s y de pa ra da s .

1 0 2 /1 , Constitució n d e u n GEM M A

El GEMMA se represent a mediant e un a t a bl a qu e a grup a a un a seri e de rectángulo s denominado s rectángulo s d e e st a do , qu e s e une n entr e ello s po r medi o de líneas a t ra zos . Lo s rectángulo s d e e st a d o se c lasifica n

Ü l r S 9 i . S Q r u p o s F ' A ' y D ' C L j y ° 0 b i e t 0 es pe rm it i r la descripció n de

cad a mod o de march a o de pa rad a de se a d a en la ne c e sa ri a dive rsida d

ex istent e en e l func ionamient o de lo s sist e m a s d e producció n automat iza ¬

La s condic ione s de transició n se indicará n post e r iorm e nt e . Por e jem -

plo , s i e l problem a de automatizació n qu e se está a borda nd o conduc e a la

324 UPV-CFP

selecció n únicamente , de lo s rectángulo s de estad o A 1 , A6 , F1 , F4 y F5 de l esquem a genera l de l GEMMA, co n obje t o de c la rifica r el sistem a e spe -cífic o a diseñar , convien e e lim ina r t odo s lo s restante s estado s inne c e sa -rios .

10.2.2. Clasificació n d e lo s m odo s d e m a rc h a y pa ra d a

10.2.2.1. Grupo F: procedimientos de funcionamiento •

En est e grup o se ubica n t odo s lo s e st a do s qu e so n necesa rio s pa r a la producción . El modo funcionamiento (F) de sign a lo s modo s necesario s par a la obtenció n de lo s produc t o s de l s ist e m a . No t odo s so n sufic iente s co n respec t o a e st a producción , pr inc ipa lm e nt e c ua nd o conc ie rne n a la s fase s de preparació n o a l f ina l de l c ic l o d e producción , o bie n cuand o se t ra t a de fa se s d e prue b a o d e regulació n d e lo s a pa ra t os .

10.2.2.2. Grupo A: procedimientos de parada

En est e grup o aparecerá n lo s proc e dim ie nt o s d e pa rada s qu e pe rm it i -rán, c ua nd o así se a ne c e sa rio , l a pa ra d a de l s ist e m a automa t izad o po r razone s e x t e riore s a l s ist e m a . Por e je m plo , po r c ondic ione s ta le s com o la fa lt a d e a provisiona m ie nt o d e m a t e ri a pr im a , pa r o solic it a d o a fina l de c ic l o o po r e l f ina l d e la jorna d a d e t ra ba jo . El modo paro o parada (A) ident ific a lo s "proceso s de pa ro" , a c t iva do s po r c a usa s re la c iona da s co n un func io -namient o norm a l , y no a e ve nt o s ge ne ra do s po r e l m ism o proceso .

10.2.2.3. Grupo D: procedimientos de fallos

Est e grup o c om pre nd e lo s m odo s d e intervención , manua le s o lógicos , qu e pe rm it a n remedia r un e st a d o de pa ra d a de bid o a razone s inte rna s a l sist ema ; dic h o de ot r a form a , pa r a re m e dia r fa l lo s d e la pa rt e ope ra t iva .

El modo interrupción (D) re a grupa , d e m a ne r a c om ple m e nt a ri a a l m o -do A, lo s resultante s de un a c a us a endógena ; es dec ir , propi a de la part e ope ra t iva . Una interrupció n no implic a ne c e sa ria m e nt e e l par o de la pro -ducción . Ident ifica , po r e l c ont ra rio , obl iga t oria m e nt e "inc identes " más o meno s se rio s qu e deberá n se r se guido s d e m e dida s correc t ivas .

UPV-CFP 325

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Figura 10.1. Esquema simplificado de la GEMMA.

En cad a un o de esto s e nunc ia do s F, A y D, la guía de t e rm in a lo s mo -do s necesario s y sufic ie nt e s pa r a un a descripció n c om ple t a de l sistema , así com o de toda s la s unione s qu e se pue de n c onside ra r . Ca d a fas e es representad a po r un rectángulo-estado qu e la de sign a c o n precisión , así com o la s condic ione s a la s qu e es ne c e sa ri o llegar , de riva da s de la na tu -ra lez a específic a de l proc e so .

Superpuest a a la representació n "en " y "fue r a de producción" , e l rec -tángulo-estad o ident ific a c om ple t a m e nt e e l m od o de l proc e so . GEMMA defin e c inc o modo s F, sie t e m odo s A y t re s m odo s D segú n un esquem a normalizad o (Fig . 10.1.).

La guía reagrup a la s sit ua c ione s estánda r de la pa rt e ope ra t iv a act iva . Tod o lo qu e no está en producció n (inte rio r de l rectángulo ) está fuer a de producción . Simultáneament e co n un a de la s do s sit ua c ione s precedentes , la POA pued e esta r en un o de lo s modo s F, A o D. Lo s rectángulos-estad o (de línea cont inua ) desc ribe n est a situació n (po r e jemplo , A l y Fl) . La s t ran -sic ione s están indicada s po r f le c ha s (a rco s orie nt a dos) . El mod o F2 está parc ia lment e fue r a de producción ; según e l cas o pa rt icula r , se desplazar á su posició n par a representa r la situació n rea l .

10.3. Método general de utilización de GEMMA

La guía GEMMA es un bocet o de un Gra fce t de nive l superior , en el cua l cad a e tap a se reemplaz a po r un rectángul o de estado . En cad a rec -tángul o de estad o se contempl a el func ionamient o de l sistem a automat iza -

326 UPV-CFP

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G¿y/'a de Estudio de los Modos de Marcha y Paro de los Sistemas Automatizados

do . frent e a la ocurrenc i a de de t e rm ina do s evento s específico s qu e obliga n a éste a un func iona m ie nt o de t e rm ina do . El usuari o seleccionará , de ent r e todo s lo s propue st os , aque llo s qu e sea n necesario s par a e l bue n func io -namient o de l a ut om a t ism o , de se c ha nd o el resto , y re forzad o la s unione s ent r e lo s estado s que , po r re que rim ie nt o s de diseñ o específico , deba n pe rmanecer .

GEMMA se present a com o un c he c k -l is t de lo s "estados " de la POA de un a ut om a t ism o . Su realizació n c onsist e e n :

• Ident ifica r la s sit ua c ione s posible s en caso s espec ia le s ;

• Defini r lo s "rectángulos-estado " en la terminologí a de la profe -m áf

sion ; • Est a ble c e r la s unione s e nt r e lo s e st a dos ;

• Espe c i f ic a r la s c ond ic ione s qu e ge ne ra n e st a s t ra nsic ione s ; e • „ . I ide nt i f ic a r lo s ind ic a dore s qu e da n c ue nt a de e l la s .

mir a os - M

Est e planteam ient o e st ruc t ura nt e c ont r ibuy e a la representació n globa l Cada fases I ^ c om por t a m ie nt o de l proc e so , fa c i l i t a la concepció n de l diálog o hom bre -prec máquin a e ide nt i f ic a la s va r ia b le s d e lo s m a nda t o s y de l e st a do .

as de l a nafc

10. 3 .1. Identificació n y definició n de lo s e st a do s y de la s unione s

c e s 0 G: La realizació n d e GEM M A t ie ne , c om o re fe re nc ia s más importantes . ^ e c : , : la s do s s i t ua c ione s qu e a prior i so n me jo r c onoc ida s :

• A1 "Pa ra d a en e l e st a d o inic ia l " y

t,,aa¿,; I • Fl "Producció n norm a l" .

>períV i )) e otí$ ' S e c om ie nz a po r e spe c if ic a r e st o s do s estados , y se continú a c om -e s P r .es'3 ple m e nt a nd o c o n lo s estados-rectángul o en funció n de la s espec ificac ione s

de func iona m ie nt o .

mod° ' U n a v e z de sa rrol la d o e l m a c ro-func iona m ie nt o de l sist em a mediant e e l ^ ¿e$:" GEMMA, y a part i r de éste , se pue d e rea liza r un GRAFCET de un de t e rm i -

a r . s e I nad o nive l jerárquic o supe rio r (Fig . 10 .2 .). En est e GRAFCET se contempl a e l e nc a de na m ie nt o de dive rsa s e t a pa s , en el qu e un a y sólo una , deb e

I esta r ac t ivad a en t od o m om e nt o . Ca d a un a de esta s e tapa s puede n ac tua r mediant e órdene s de forzad o en la activació n de un GRAFCET dist into , loca lizad o en un nive l jerárquic o infe rior , implementand o e l func ionamient o

.1 a l de ta ll e en sit uac ione s de func ionam ient o norma l , degradado , e t c . .

V^ l / f ^ j í f I UPV-CFP 327

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Guía de Estudio de los Modos de Marcha y Paro de los Sistemas Automatízaos

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Figura 10.3. Fases de implementación mediante GEMMA

UPV-CFP 329 ,r1 k

Robot¡ca y Automática

La Fig . 1 0 .3 . represent a el procedim ient o de t raba j o de l diseñador , a

part i r de l e sque m a genera l de la GEMMA. De ésta , se obtendr á el Grafce t de nive l supe rio r correspondient e y poste riormente , a cad a rectángul o de estado , le corresponder á un Gra fce t habit ua l qu e pe rm it a la descripció n exhaust iv a de l func iona m ie nt o de l sist em a a ut om a t iza do .

Lo s párrafo s siguiente s t ra ta n sobr e lo s c a so s pa rt icula re s correspon -diente s a la s fam ilia s F, A y D.

10.4. Grupo F: Procedimientos de funcionamiento

1 0 .4 .1 . F 1 : Producció n no rm a l

En est e estad o el proces o se e nc ue nt r a en m od o de producció n nor -ma l . Se pued e hace r c orre sponde r a est e e st a d o un Gra fc e t de bas e (a int roduc i r en el rectángul o de e st a d o F1). En éste , norm a lm e nt e , se suele n ut iliza r lo s siguiente s t ipo s de c ic los :

a) Bucle cíclico:

El operado r da la orde n de c om ie nz o de c ic l o un a sol a vez . El c ic l o se repit e de form a cont inua , si n ningun a intervención , ha st a e l moment o en qu e se emit a un a orde n de pa ra d a po r pa rt e de l ope ra dor .

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Al :Pa ra d a e n e l e st a d o inic ia l

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A2 : Memorizació n mecánic a o lógic a d e orde n d e pa ra d a e n fi n d e c ic l o (fdc )

Fl:Producció n norm a l

Pulsqdo r e Parad a 3

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•

PRODU CCI ON

Figura 10.4. Funcionamiento en bucle cíclico

(Est a pa rad a se efectuar á al fina l de l c ic lo , ve r A2 ; o en un estad o determ i nado , ve r A3 ) .

330 U PV -CFP

guia de Estudio de los Modos de Marcha y Paro de los Sistemas Automatizados

b) Ciclo semi-automático:

El c ic l o no pue d e re pe t irs e si n intervenció n ex te rio r de l ope rador . Éste deb e re it e ra r , a l f ina l de c a d a c ic lo , qu e se de se a un nuev o c ic lo .

i A l :P a r a d a e n e! e s t a d o inic ia l

Pulsado r e je Arra nqu e

Fl:Producció n norm a l

PRODUCCION

Figura 10.5. Funcionamiento en ciclo semi-automático

10 .4 .2 . F2 : M a r c h a s d e preparació n

Est e e st a d o pe rm it e c onside ra r e l carácte r de l procedim ient o que , bie n de form a m a nua l o automática , proc e d a a l a rra nqu e de la instalació n ante s de pasa r a F1 (Producció n norm a l) . Una ve z en F1 , e l sistem a no podr á volve r a F2 más qu e pa sa nd o pre via m e nt e po r e l estad o A1 de parad a en el estad o inic ia l .

10 .4 .3 . F3 : M a rc ha s d e c ie r r e

Est e estad o es de un carácte r sim ila r a l F2. Mediant e su inclusió n se de te rm in a el proc e dim ie nt o (manua l o automático ) qu e incluir á la s ope ra -c ione s de c ie rr e necesa ria s a seguir , ante s de qu e el proces o re torn e a su estad o inic ia l A1 (pa rad a en el estad o inic ia l) .

10 .4 .4 . Grup o F: m a rc ha s m a nua le s d e prue ba s y d e m a nt e n im ie n t o

10.4.4.1. F4: marchas de verificación en el desorden

Est e estad o permit e verifica r de te rminado s func ionamiento s de l sist e -ma , o de lo s subsistemas , si n respeta r el orde n de l c ic l o o de secuenc ia .

UPV-CFP 3 3 1


Todo s lo s preacc ionadore s puede n se r cont rolado s manua lment e po r el operado r desd e un pupit r e de cont ro l manua l . Solament e subsiste n los cont roladore s indispensable s par a la segurida d de l operado r y de l sistema .

Un e jempl o de utilizació n de l rectángulo-estad o F4 sería su utilizació n par a la inyecció n de comando s de cont ro l de prueb a par a la verificació n de un func ionamient o correc t o de lo s preacc ionadore s insta lado s en el siste -ma . Por e jemplo , podrí a ut iliza rs e en la selecció n de acc ione s sobr e los cont role s de dist ribuidore s neumáticos , de form a qu e la rotació n de un conmutado r pudie r a permit i r la distribució n de la presió n respec t ivament e sobr e cad a un o de lo s orific io s de sa lida .

PRODUCCDII

Figura 10.6. Uso de la verificación en el desorden

10.4.4.2. F5: marchas de verificación bajo orden

En est e estado , e l c ic l o de producció n pue d e se r e x plora d o al ritm o desead o po r la pe rson a qu e efectú a la verificación , e l s is t e m a podr á esta r en producció n o no . El pa s o de un a e t a p a a la siguie nt e ne c e sit a , adic io -na lmente , de un a condició n de evolución , e m it id a po r e l ope ra do r mediant e el pulsado r fa se /fa se .

El c ic l o se mant ien e bloque a d o en e st a e t a pa . Lo s se rvic io s de seguri -da d de be n se r m a nt e nidos . Pa ra re gre sa r a l c ic l o norm a l de be n dars e las c ondic ione s de evolució n más la acció n de l ope ra dor . Est e procedimient o se c orre sponde , bie n se a c o n e l m od o de m a rc h a de nom ina d o "etap a a e tapa" , o bie n se a "secuenc i a a se c ue nc ia " .

El a va nc e pas o a pas o es obt e nid o po r im pulso s de sd e e l pupit r e de c ont ro l despué s de la selecció n de m a rc h a (c onm ut a dor) .

La utilizació n de e st a ma rch a de verificació n está just i f ic a d a desd e el m om e nt o qu e se pla nt e e n ne c e sida de s de a c opla m ie nt o y sinc ronism o en

3 3 2 UPV-CFP

¡¡Si! '^îMarcha y Paro de los Sistemas Automatizados

r t o m a S 0 ' ^ d ¡ S , Í n t 0 S S U b P — ¡ « c l o n a d o s d e , sistem a

F5: Ma rcha s d e verif icació n en el o rde n

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PRODUCCIÓN T »

c o n m u t a d o r

Figura 10.7. Uso de las marchas de verificación en el orden

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10.4.4.3. F6: marchas de test

En e st e e st a d o se e je c ut a n la s denom inada s marcha s de test . Está de st ina d o a a isla r momentáneament e un a part e de la instalació n automáti -ca , qu e re quie r e d e ope ra c ione s periódica s de a just e y/o de calibración , al igua l qu e lo s disposit ivo s de c ont ro l o medida . El estad o F6 se suel e de -nom ina r tambié n m a rc h a de t e st ; y est o se deb e a qu e lo s disposit ivo s de c ont rol , d e m e dida , y de selección , dispone n de uno s captadore s qu e de -be n se r a just a do s o c ont ra st a do s periódicamente . A est e e fec to , el opera -do r pre se le c c ion a un a pa ra d a sobr e la e tap a de te rm inada . Com o ejemplo s de ope ra c ione s dura nt e la s m a rc ha s de test , t enemo s la s verificac ione s sobr e se nsore s de presió n y t e m pe ra t ura , verificació n de cauda les , modifi -cació n d e parámetros , e t c . .

Grupo A: procedimientos de parada de

operativa

parte

Esto s e st a do s se c orre sponde n co n la s pa rada s norma les , o co n las m a rc ha s qu e c onduc e n a la s pa ra da s norma les .

10.5.1. A1: parad a en el estad o inicia l

Est e e st a d o se c orre spond e c o n aque ll a situació n en la qu e la part e de cont ro l está inic ia lizad a y lo s dive rso s componente s de la part e operat iv a están en posició n pa r a e l a rranqu e de c ic lo .

UPV-CFP 333


En genera l se correspond e co n la situació n inic ia l de lo s Grafcet ; po r e llo , com o en e l cas o de un a e tap a inic ia l , est e rectángul o de estad o está rodead o co n un dobl e cuadrado .

10.5.2. A2: parad a solicitad a en fin de cicl o

Est e macr o estad o se ac t iv a c ua ndo , estand o en un func ionamient o cíclico , se dec id e sa li r de l m ism o rea lizand o un a solic it u d de fi n de c ic lo . Aún cuand o la pa rad a se solic it a , e l sist e m a continú a en func ionamient o hast a e l fina l de dich o c ic lo . N orm a lm e nt e e ll o no de b e provoca r la salid a de l gra fce t de mod o producción , es dec i r e l c a m bi o de mac ro-estad o no implicar á necesa riament e e l c a m bi o de Gra fc e t pa rc ia l . El propi o gra fce t de mod o producció n pued e inc lui r la posibi l ida d d e rea liza r est e t ip o de para -da s de fi n de c ic l o mediant e la s siguie nt e s e st ruc t ura s de c ic lo :

• Cic l o automátic o c o n memorizació n mecánic a de la orde n de pa -rada .

• Cic l o automátic o c o n memorizació n lógic a d e la orde n de pa ra -da .

• Cic l o semi-automático .

Cicl o automático :

Despué s de la informació n de inic i o da d a po r e l operador , lo s c ic lo s se sucede n si n nuev a intervenció n po r pa rt e d e éste . La s pa rada s puede n se r solic itada s po r el ope rado r en cua lquie r m om e nt o , la máquin a se parará entonce s en e l fi n de c ic lo .

Est a pa rad a pued e se r obtenid a por :

• Conmutació n de un inte rrupto r sit uad o en e l buc l e de reinic i o (seña l de retroacció n de fi n de c ic lo) .

• Conmutació n de un a memori a m qu e inte rvien e tambié n en el buc l e de re inic io .

Cicl o semi-automático :

El problem a de la segurida d de l operado r en est e t ip o de c ic l o se deb e estudia r sistemáticament e y, a nive l lógico , conduc id o a considera r la s ant i -repe t ic ione s de c ic l o y lo s comando s bi-manua le s de inic i o de c ic lo .

334 UPV-CFP

^ (jlfllj^^ ^ w i r m i ^ / f Q y ¡ a i \J / U O O / O t t ?A / / CJO n U i U / H O t / i -

ufo ' P ° r I 10-5-3' A 3 : p a r a d a s o , i c ¡ t a d a en un estad o determinad o

Est e t ip o de pa ra d a es de carácte r t ra nsit ori o hac i a A4 , y se obt ie n e normalment e po r congelació n de la situació n ac tua l de la pa rt e de c ont rol . En e lla , la producció n pue d e se r de t e nid a o no indist int a m e nt e ; es dec ir , podemo s e je c ut a r inhibició n o no en la s a c c ione s a soc ia da s , produciéndo -se una pa ra d a en un a situació n dife re nt e de la inic ia lm e nt e previst a com o

f m ' e n t o I f¡n de c ic lo . I e cicl o d i e n t o J sa lid a I 10.5.4. A4: parad a obtenid a a d o no * fce t de La posició n d e pa ra d a s e di fe re nc i a de la posició n de re fe re nc i a c o -e Para- rrespondient e a l e st a d o A 1 . Est e t ip o de pa ra d a pue d e se r c onse c ut iva , po r

e jemplo , a un a sol ic i t u d de congelació n de la c a rt e de c ont ro l en su sit ua -i ción a c t ua l , bie n se a e n un Gra fc e t globa l o pa rc ia l .

de pa-

pára-

mos se le n ser parará

einici o

i en el

e deb e

10.5.5. A5: preparació n par a la reposició n en march a despué s de un fall o

En e st e e st a do , s e proc e d e a rea liza r t oda s la s ope ra c ione s (desblo -queos , l im pie za , e t c . . ) ne c e sa r ia s pa r a un a reposició n en m a rc h a de l s is -tem a a ut om a t iza d o despué s de un fa l lo .

— i • I M I

Aó:Retornoal a posició n norma l

Al:Parad a en el estad o inicia l

r 4

Iscdo r ronqu e

L ^ e n c 4 c r v * ^ e r r f o • d e P a r a d a d e U g e n c i a ( A U )

'A5:Preparació n par a la puest a en marcha . Puest a en energí a de la Parte Operativ a

Fl :Producció n norma l

i

PRODUCCION

BpAU (Parada de Urgencia )

Figura 10.8.. Utilización del estado A5

Si bie n ge ne ra lm e nt e en est e rectángulo-estado , po r razone s de se gu -rida d de l pe rsona l , la part e ope ra t iv a será puest a en situació n de "si n ene r -gía" , tambié n se c ont e m pl a la posibil ida d de qu e esté "co n energía" . Se

UPV-CFP 335


pued e llega r a est e estado , desd e lo s estado s D2 o D1 , c o n o si n diagnós -t ic o y t ra tam ient o de fa llos .

10.5.6. A6 : pue st a de la pa rt e ope ra t iv a e n e l e s t a d o i n i c i a l .

En est e estado , a la part e ope ra t iv a se le sum inist r a o re pon e la ener -gía par a pode r asegura r un a re fe renc ia , bie n m a nua l o automáticamente . La puest a en re fe renc i a pued e rea liza rs e de form a se c ue nc ia l o de form a simultánea .

Figura 10.9. Parada de urgencia con paso por estado A6

Volve r a pone r manua lment e o automáticament e la pa rt e opera t iv a en posició n par a un re inic i o en el estad o inic ia l . Se pued e necesit a r un a para -da de urgenc ia , co n re torn o dife rid o a la posició n inic ia l despué s de autori -zación de intervenció n manua l , seguid o de utilizació n de l rectángulo -estad o A5 .

10.5.7. A7 : parad a de urge nc ia ; pue st a de la pa rt e ope ra t iv a en un es -t a d o de t e rm ina do .

En est e estad o se sitú a a la part e opera t iv a en un a posició n diferent e de la posició n de re ferenc ia , per o idéntic a a la posició n qu e ocupab a en el moment o de la parad a de urgenc ia . La evolució n A7 -> A4 -> F1 es acon -se jable .

336 UPV-CFP

*9nó s

un es-

G u i a (je Estudio de los Modos de Marcha y Paro de los Sistemas Automatizados

10.6. Grupo D: procedimientos de fallos de la parte ope-rativa

La segurida d de l pe rsona l y de la s insta lac ione s deb e const itui r un a preocupació n c onst a nt e de l diseñado r de l a ut om a t ism o . Lo s a ga rrot a -

e ne r - I miento s mecánicos , la s se gurida de s de do s m a nos , la s ba rre ra s de célula s 1 e n t e fotoeléctricas , so n e jemplo s de la t om a en c ue nt a de e st a restricción . forrr i a I

En la hipótesi s de un func iona m ie nt o a norm a l o pe ligros o de l a ut om a -t ismo , el ope rado r de b e pode r pa ra r l a evolució n de l c ic l o mediant e un a acción simple , y re toma r e l c ont ro l de l proc e s o en mod o m a nua l . Est a pa -rada de urgenc i a pue d e c onduc i r a do s c onfigura c ione s , según qu e e l e s -tado en e l cua l se e nc ue nt r e e l sist e m a esté pe rdid o o no .

10.6.1 . D1 : pa ra d a d e urge nc i a

Es e l estad o qu e se t om a despué s d e un a pa ra d a de urgenc ia : dond e se prevee n no sola m e nt e la s pa ra da s , sin o tambié n lo s c ic lo s de de sblo -queo , lo s proc e dim ie nt o s y pre c a uc ione s ne c e sa ria s pa r a evita r o limita r las consecuenc ia s de bida s a lo s fa l los .

Una pa ra d a de urge nc i a pue d e se r de se nc a de na d a

• Por e l ope ra do r (acció n m a nua l) ; • Por la aparició n d e un a seña l d e se gurida d .

v a e n I Se dist ingue n va rio s t ipo s según e l grad o de se gurida d ex igida : para -

a u t o r ¡ . • Cort e de la pa rt e de cont ro l y d e la pa rt e ope ra t iva ;

ngulo - I • Cort e de la pa rt e de c ont rol ; • Cort e de la pa rt e de cont ro l c o n de se nc a de na m ie nt o de un c ic l o

de desbloqueo .

10.6.2. D2: diagnóstic o y/o t ra t a m ie nt o de fa l lo s

r e n t e I E s , e n e s t e estad o en el qu e el automa t ism o pued e se r examinad o e n e l i d e s Pué s de un fa llo , y en e l qu e se pued e aporta r un t ra tam ient o qu e pe r -

p , | mit a el re inic i o de l sistema . Se proced e a l exame n de l sistem a a ut om a t iza -do y se establec e un diagnóstico . En funció n de éste , se dec id e cuál es e l

UPV-CFP 337

procedim ient o a e jecuta r , (t ra tamient o d e recuperació n de fa llos ) par a s i -tua r a l sist e m a en producció n norma l o en e st a d o d e producció n no obs -t a nt e .

En funció n de la graveda d de l fa ll o a c a e c ido , la s dist int a s evoluc ione s posible s puede n ser :

• Si e l fa ll o de la pa rt e ope ra t iv a es poc o re le va nt e :

D 2 _> A 5 -> F1 ó D2 -> A 5 -> A 7 -» A 4 -> F1

Si e l fa ll o de la pa rt e ope ra t iv a e s-gra v e

D2 -> A 5 -» A 6 -> A 1 -> F 1 .

Si es posibl e e l fi n de c ic l o e n m od o m a nua l

D2 -> A 5 -> F4 -> A 1 -> F 1 .

Si se t ra t a d e un a ba ndon o prov is iona l :

D2 -> PZ -> D2 A 5 -> F4 -> A 1 - > F1

ó D2 -> PZ D2 -> A 5 -> A 6 -> A 1 -» F 1 .

T oda s la s e voluc ione s t ie ne n po r f ina l ida d e l re t orn o a l e st a d o F1 .

10.6.3. D3: producció n n o obs t a n t e

Cont e m pl a e l c a s o de aparició n d e un fa l l o d e carácte r leve , si n ningu -na repercusió n sobr e la producció n y , po r t a nt o , qu e no im pliqu e la necesi -da d d e de tene r la m isma ; de ahí s u denominació n e n e l e sque m a GEMMA de "D3 : producció n no obstante " . Un c a s o típic o sería la aparició n de un de fec t o o fa ll o de indicadore s lum inoso s o c ua le squie r a ot ro s de carácte r poc o signif ica t ivo , o de e sc a s a im port a nc i a fácilment e subsa na ble .

La s evoluc ione s posible s pa r a l lega r a D3 serían :

F1 D3

F1 -» D1 -» D2 -> D3

F1 -» D1 -> D2 -> A 5 -> D3

338 UPV-CFP

Guia de Estudio de los Modos de Marcha y Paro de los Sistemas Automatizados

Lle ga da s posible s a F1 a pa rt i r de D3:

Si se t ra t a de un a nove da d norm a l :

D3 -» A 2 -> A 1 -> F1 o D3 -> A 3 -> A 4 F1

En c a s o de un a anomalí a en D3:

D3 -> D2 -> A 5 -» A 6 -» A1 -> F1

ó D3 -» D1 -> D2 -> A 5 A 6 -> A1 -> F1

•. i

A l :Parad a e n e l e st a d o inic ia l

Rulscdo r e A ronqu e

m

F l : Producció n

( D

J . _ - . .

i !

PRODUCCION

D I : Parad a d e urge nc i a b loque o d e la evolució n d e la pa rt e d e cont ro l

pAU Parad a d e Urgencia )

- . - — ¡ — • « •

F/gi/ra 70.70. Parada de urgencia

10.7. Estados de la parte de control: grupo de estados

En est e a pa rt a d o se considerar á qu e la implementació n de l c ont ro l se rea liz a a travé s de un Autómat a Progra m a bl e I ndust r ia l . El c onjunt o de e st a do s so n e l PZ 1 , PZ2 y PZ3.

UPV-CFP 339


1 0 .7 .1 . PZ 1 : puest a de la part e de contro l si n energí a

Est e estad o pued e a lcanzars e desd e t odo s lo s estado s de l sistema , mediant e el cort e de suminist r o energétic o de la pa rt e de c ont rol .

Est o pued e llega r a produc irs e de form a volunt a ria , mediant e el cort e de suminist r o de la red . No obstante , e l c ort e volunt a ri o que d a tota lment e desaconse jad o cuand o el sistem a se e nc ue nt r e en e l estad o de produc -ción . Est a orde n no deb e se r em it id a más qu e en e l c a s o en qu e no s e n -cont remo s en e l estad o A 1 , o en lo s estado s PZ2 ó PZ3 .

Si la part e de cont ro l dispon e de la posibi l ida d , e l c ont e x t o ac tua l en el moment o de l cort e de sum inist ro , deberí a sa lva rs e en un a memori a RAM alimentad a po r batería . Si se t ra t a s e de un m ic ro-c ort e , l a duració n de la puest a si n energía podrí a t e ne rs e en c ue nt a en el e st a d o PZ2. El cort e pued e produc irs e igua lment e de form a a c c ide nt a l .

10.7.2 . PZ2: puest a de la part e de contro l en estad o de march a

La puest a en energía de la pa rt e relació n ha sid o re a l iza d a a l mism o t iemp o qu e la de la P.C.; la P.R. pue d e esta r ra m if ic a d a de sd e la mism a fuent e de suminist r o qu e la P.C., o po r e l c ont ra ri o t ot a lm e nt e indepen -diente . En cua lquie r c a so , es necesa ri o qu e la P.R. esté en se rvic i o antes , o desd e e l moment o que , la P.C. se a a l im e nt a da . De e st a form a , e l estad o de l sistem a automa t izado , es c onoc id o a travé s d e lo s visua liza dore s de señalizació n y de la s panta lla s de lo s t e rm ina le s de diálogo .

En lo qu e conc ie rn e a lo s Autómata s Progra m a ble s , dispon e de pro -cedimiento s inte rno s de t e st , qu e so n inic iado s automáticament e desd e la puest a en marcha . El autotes t se c om pon e de autodiagnóstic o y autocon -t rol .

Normalment e se rea liza n la s siguie nt e s c om proba c ione s :

• Concordanc i a de la configuració n rea l y la configuració n en me -moria .

• Fa llo s en la s ta rje ta s de e nt ra da /sa lida .

• La presenc i a o e l cambi o de l ca rt uch o de memori a de l program a de aplicación .

• La buen a ejecució n de l program a en memoria .

340 UPV-CFP

Guía de Estudio de los Modos de Marcha y Paro de los Sistemas Automatizados

El estad o de la batería de sa lva gua rd a de la m e m ori a RAM .

Lo s de sborda m ie nt o s de t e c t a do s po r lo s disposit ivo s t ip o "pe rr o guardián" .

Si a la finalizació n de la s c om proba c ione s , e l re sult a d o de lo s t est s es posit ivo , la P.C. se ac t iv a automáticament e (mod o RUN); s i no , pued e se r ac t ivad o po r e l ope ra do r a travé s de l t e rm ina l de programación , o po r la puest a a "1 " de un a e nt ra d a específic a de l Autómat a Progra m a ble . Si e l resultad o de lo s t e st s a nt e riore s fue r a ne ga t ivo , t e nie nd o en c ue nt a la na t u -ra lez a de lo s fa l lo s de t e c t a dos , la P.C. permanecer á en e l estad o PZ2, inac t iv o (mod o ST OP), o pa s a a l e st a d o PZ3 : pue st a de la P.C. fue r a de l estad o de m a rc ha . Cua nd o e l Autómat a Progra m a bl e está en mod o RUN se dic e qu e la P.C. está a c t iva . Por e l c ont ra ri o s i está en m od o STOP, se dic e qu e está inac t iva .

En PZ2 , e l Autómat a pue d e esta r en m od o ST OP o en m od o RUN. En PZ3, no pue d e esta r más qu e en m od o ST OP, o t ot a lm e nt e bloque a do . La condició n de P.C. a c t iv o es un a de la s c ondic ione s ne c e sa ria s y obl iga t o -ria s pa r a pasa r de la zon a PZ a la zon a de m odo s de m a rc h a y pa ra da .

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I

PROCEDIMIENTOS RELATIVOS A LA PARTE DE CONTROL

PZl

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Puest a de la RC sn enerará

P\jeeta d e la RC en estad o de march a

• Desde toóos los estado s A. OF.

Desde loaos ios erado s AI> F

Al o 02 o olio estado áauíenf e leaipeípq h

Oecde todce ios estadas A Of.

Parada de lo PC s¡n ; energía , inoc u o o * en f di o :

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RC a c t a • i

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Figura 10.11.. Procedimientos de la parte de control

10.7.3. PZ3: pue st a de la P.C. fue r a de l e st a d o de m a rc ha .

En est e estado , la part e de cont ro l está co n suminist r o de energía per o no está opera t iva . Se pued e reconduc i r a l estad o PZ 1 , < puest a de la P.C.

UPV-CFP 341


si n energía> , m e dia nt e un cort e energétic o o en e l e st a d o PZ2, <P.C. en e st a d o d e m a rc ha > , s i se dispon e de algú n m e di o de suprim i r la caus a de lo s fa l los .

Est e e st a d o pue d e se r a lc a nza d o po r t odo s lo s e st a do s de la zon a de m odo s d e m a rc h a y pa ra da , s i un a anomalí a , fa l lo , e t c . , se de tec ta ra : fa ll o en un módul o de e nt ra da s o d e sa l ida s , o fa l l o de m e m oria , o fa ll o de la CPU , o de sborda m ie nt o de t e c t a d o po r e l "w a t c h dog" .

Pue d e se r tambié n a lc a nza d o despué s de PZ2 s i e l fa ll o de tec tad o es de l t ip o "d e bloqueo" .

Re sum e n :

La Guía de Estudio s d e M odo s d e M a rc ha s y Pa ra da s (GEMMA) es un proc e dim ie nt o metodológic o y sistemátic o qu e c ont e m pla , de form a ex -ha ust iva , lo s dist int o s m a c ro-e st a do s po r lo s c ua le s pue d e a t ravesa r un sist e m a a ut om a t iza do .

El proc e dim ie nt o d e us o consistir á en se le c c iona r lo s contemplado s en la s e spe c if ic a c ione s d e func iona m ie nt o de l s ist e m a a diseñar , desest i -mand o e l resto .

Re fe re nc ia s bibliográficas .

• De goula nge , F., Le m a it re , R., Pe rrin , D. Automaíismes:Fonctions Lo-giques- Grafcet -Gemma - Séqueceurs - Automates Programmables. Dunod , 1983 .

• Group e Equipemen t de Produc t io n Automatisé e réun i á l'ADEPA . Le Grafcet: de Nouveaux Concepts. Cépadué s - Éditions , 1 9 9 1 .

• Group e G7W ADEPA/AFCET . Le Grafcet Cépadué s - Éditions , 1991. • Ha lan g W.A. , Sach a K.M . Real Time Systems: Implementation of In-

dustrial Computerised Process Automation. Worl d Sc ient ific , 1992. • M ic he l , G. Autómatas Programables Industriales. Editoria l Marcombo , P y 9 9 0. • Moreno , S., Peulot , E. Le GEMMA: Modes de marches et d'arréts,

Grafcet de coordination des taches, Conception des Systémes Auto-matisés de Production surs. Edit ion s Caste illa , 1997.

342 UPV-CFP

GLOSARIO

Ac c e s o determinístic o

Acció n a soc ia d a

Acció n m a nt e nid a

Ac c iona dore s

T ip o de a c c e s o típic o de la s rede s qu e requie -re s un t ie m p o de respuest a ba j o y prec isable .

Se t ra t a de un a o más posible s operac ione s a rea liza r sobr e e l sist e m a c ua nd o la etap a de a cua l de pe nde n dic ha s ope rac ione s se e n -

c ue nt r a a c t iva da .

Aque l l a qu e de b e a plic a rs e durant e ta ejecu ¬ción de do s o más e tapa s c onse c ut iva s .

Disposit ivo s qu e actúa n sobr e e l proces o a c ont rola r . Lo s a c c iona dore s so n cont rolado s a su ve r po r lo s pre a c c iona dore s a travé s de un a seña l d e ba j a pot e nc i a sum inist rad a po r a pa rt e de c ont rol .

Ac c ione s c ondic iona le s Ac c ione s qu e re quie re n e l cumplim ient o de un a condició n a dic iona l , además de la propi a activació n de la e t a p a c orre spondie nt e .

Ac c ione s e x t e rna s Ac c ione s re a le s qu e se produc e n sobr e el propi o proc e so .

Ac c ione s inc ondic iona le s

Ac c ione s int e rna s

Ac c ione s rea le s

Adquisició n de da t o s

Ala rm a s ge ne ra le s

Ala rm a s loca le s

Ac c ione s qu e se e je c ut a n co n sol o queda r a c t iva da s la s e t a pa s c orre spondie nt e s .

Ac c ione s re a le s qu e se produc e n en el propi o disposit iv o d e c ont ro l , t a le s c om o t e m poriza -c ione s , c ue nt a s , e t c . .

Ac c ione s c onc re t a s qu e se produce n en el a ut om a t ism o .

T a re a qu e c onl le v a la captació n de la s dist in -t a s señale s prove nie nt e s de l sistema .

Ala rm a s qu e a fe c t a n a la t ot a lida d de l sist e -ma , y qu e pose e n priorida d sobr e la s a larma s loc a le s . Ala rm a s qu e a fe c t a n pa rc ia lment e a l sistema , de form a qu e su e fec t o sólo deb e repercut i r sobr e un c onjunt o de lim it a d o de disposit ivo s tecnológicos .

UPV-CFP 343

Álgebr a Boole a n a

a m pli t u d d e medició n

AN D

Arc o (Gra fce t )

Arc o (RdP)

Arc o s inhibidore s

H e rra m ie nt a matemátic a qu e pe rm it e la de fi -nició n d e func ione s lógica s c a pa c e s de re la -c iona r un c onjunt o d e va ria ble s disc re ta s b i -na na s .

Se de nom in a a m pl i t u d de medició n de U 1 1

t ra nsduc t or , a l a di fe re nc i a a lge bra ic a de los límite s de l ra ngo .

un

Funció n boole a n a qu e de vue lv e e l va lo r ver -da de r o c ua nd o t oda s la s e nt ra da s sea n ver -da de ra s y fa ls o e n c a s o c ont ra r io .

Es un se gm e nt o d e re c t a qu e un e un a t ra nsi -ción c o n un a e t a p a o vic e ve rsa .

Ele m e nt o d e un a re d d e Pet r i qu e un e lugare s y t ra nsic ione s d e form a a l t e rna t iva .

So n a rc o s dir ig ido s qu e une n exc lusivament e luga re s c o n t ra ns ic ione s , y la validació n de las t ra ns ic ione s unida s a e st o s a rc o s se produc e c ua nd o no e x ist e n m a rc a s en e l luga r .

Autómat a Ent e c onst i t u id o po r un c onjunt o d e regla s qu e de f ine n e st a do s y c ondic ione s d e cambi o d e e st a do .

Autómat a de Mea ly

Autómat a de Moor e

Autómat a finit o

S is t e m a e n e l qu e la s sa l ida s de pe nde n de un a combinació n d e la s va ria ble s d e ent rad a y la s va r ia b le s int e rna s .

S is t e m a e n e l qu e la s sa l ida s de pe nde n úni -c a m e nt e d e la s va r ia ble s d e e st a d o inte rnas .

Autómat a Programabl e I n -dust ria l (API )

Sis t e m a qu e re spond e a nt e se c ue nc ia s de e st a do s d e e nt ra d a d e un a m a ne r a de t e rm i -na da .

So n s ist e m a s ba sa do s en mic roprocesado r c o n a rqui t e c t ur a e spe c ia lm e nt e adaptad a al m e di o indust r ia l .

Automátic a Cie nc i a y técnic a de la automatización , qu e a grup a e l c onjunt o d e disc iplina s teórica s y tecnológica s qu e inte rviene n en la concep -ción , la construcció n y e l emple o de lo s siste -ma s automáticos .

344 U PV-CPF


Automátic a a pl ic a d a T ra t a específicament e lo s proble m a s prácti -c o s d e automatización , qu e c onc ie rn e a la teorí a y a la tecnologí a d e lo s c a pt a dore s , lo s a c c iona dore s y lo s orde na dore s .

Automátic a teóric a Conjunt o d e método s matemático s de análisi s y síntesi s d e lo s sist e m a s automático s y de su s e le m e nt os .

Aut om a t ism o se c ue nc ia l | Es un s is t e m a c uy o func iona m ie nt o e m ple a un a se c ue nc i a d e fa se s c la ra m e nt e di fe re n -c ia da s , segú n un c onjunt o d e regla s pre e st a -b le c ida s .

• *

Aut om a t ism o s c om b ina - | S is t e m a e n e l qu e la s va ria ble s de sa lid a de -pe nde n e x c lus iva m e nt e d e la s va ria ble s de dónale s e nt ra da .

Aut om a t ism o s se c ue nc ia - Es u n s is t e m a c uy o func iona m ie nt o emple a le s un a se c ue nc i a d e fa se s c la ra m e nt e di fe re n -

c ia da s , segú n u n c onjunt o d e regla s pre e st a -b le c ida s .

Automatizació n I L a automatizació n d e un proc e s o indust ria l (máquina , c onjunt o o e quip o indust ria l ) c on -s ist e e n l a incorporació n a l m ism o de un c on -jun t o d e e le m e nt o s y disposit ivo s tecnológico s qu e a se gure n s u c ont ro l y bue n c om port a -m ie nt o .

Automatizació n int e gra d a | Conc e pt o e n e l qu e s e c ont e m pl a la int egra -(CIM) ción d e la producción , gestió n empresa ria l ,

planificación , programación , c ont rol , e t c

Bloque o (Colas )

Buc l e (Gra fce t )

Se produc e c ua nd o un a máquin a proces a c l ie nt e s más rápid a qu e ot r a cuy a ent rad a está despué s de la sa lid a de la primera .

Sa lt o d e un a e tap a a ot r a ante rio r co n obje t o d e rea liza r se c ue nc ia s repe t it iva s mient ra s se m a nt e ng a un a condición .

Buc l e abie rt o Est ruc tur a d e cont ro l de caden a direc t a en la qu e no ex ist e realimentación .

Buc l e ce rrad o Est ruc tur a de cont ro l qu e rea liment a la sa lid a comparándol a co n la ent rada , par a obtene r un a seña l de error , qu e será minim izada .

I IP\ / - P.FP

Bu s de c a m p o

CAD/CA M

Calibració n estátic a (T ransduc tores )

Medi o de transmisió n físic o qu e permit e la conexió n de lo s disposit ivo s de transducció n y actuació n a un únic o c onduc t o r co n el consi -guient e ahorr o en lo s c ost e s de cableado .

Diseño asist id o po r c om put a do r / fabricació n asist id a po r c om put a dor .

Es un t e s t dura nt e e l c ua l se aplic a un a mag -nitu d d e va lo r c onoc id o a l t ransduc to r y se regist r a la sa l id a c orre spondie nt e .

Ca pa c ida d de la col a Es e l máxim o númer o d e c l ie nt e s qu e puede n se r a c om oda do s en e l e spa c i o de cola .

Captado r bina ri o Es un disposit iv o c uy o obje t o es advert ir , me -dia nt e un c a m bi o d e e st a d o d e su sa lida , qu e a su e nt ra d a s e h a a lc a nza d o un determinad o va lo r um bra l d e la m a gnit u d físic a aplicad a a la m ism a .

Captado r de umbra l d e presió n

Ca pt a dore s neumático s qu e de t e c t a n la caída de presión .

Captadore s U n a d e la s denominació n a lt e rna t iva s de t ra nsduc t ore s .

Captadore s de fug a Ca pt a dore s neumático s ut i l izado s par a de -t e c t a r pequeño s de spla za m ie nt os .

Característica s de f ia b i l i - Característica s re la c iona da s c o n la vid a úti l de da d un t ra nsduc t or , así c om o la s qu e puede n oca -

siona r e fe c t o s a dve rso s en e l sist em a en que e l t ra nsduc t o r está inst a la d o c ua nd o éste fall a de un a m a ne r a específica .

Característica s dinámica s Desc ribe n la s característica s de un disposit iv o hast a e l instant e en qu e e l va lo r fina l de la va ria bl e m e did a pue d e c onside ra rs e estac io -na rio .

Característica s estática s Desc ribe n la s característica s de un disposit iv o (T ransduc tores ) en una s c ondic ione s a m bie nt a le s , co n cam -

bio s mu y lento s de la magnit u d a medir , en ausenc i a de vibrac ione s o ace le rac iones .

Ca rg a nomina l Va lo r de c a rg a par a la cua l se diseñ a en fun -c ionamient o norma l .

346 UPV-CPF


CEI

Célula lógic a neumátic a

Cic l o de func iona m ie nt o (API )

Cic l o semiautomátic o

CIM

Circuito s a sinc rono s

Circuito s síncrono s

Codificado r de contac t o

Comisió n Electrotécnic a Inte rnac iona l .

Disposit iv o lógic o implementad o mediant e tecnologí a neumátic a capa z de c one c t a rs e c o n ot ra s célula s neumáticas , pa r a gene ra r un a funció n boole a na .

Se re fie r e a c onc e pt o s ace rc a de cómo , cuánd o y en qué fre c ue nc i a dent r o de un m ism o c ic l o se rea liza n la s adquisic ione s de e nt ra da s y se proc e d e a l envío de la s sa lidas , c ua nd o se re a liz a la evaluació n de inst ruc c io -ne s de l progra m a .

Cic l o qu e no pue d e repe t irs e si n la int e rve n -ción e x t e rio r de l ope ra dor , a l fina l de c a d a c ic lo .

Automatizació n I nt e gra d a po r Computador .

Circ ui t o s en lo s qu e la s va riable s de ent rad a actúa n sobr e e l e st a d o inte rn o en e l m ism o inst a nt e en qu e s e produc e un c a m bi o de e s -t a do .

Circ uit o s en lo s qu e e l c a m bi o de nive l lógic o d e la s va ria ble s d e ent rad a actúa sobr e su e st a d o sola m e nt e c ua nd o se produc e un f la n -c o d e la seña l de re loj .

Codif ic a dore s ba sa do s en la deposició n de

Codificado r numéric o

t ira s d e ma te ria l conduc to r en la intersecció n d e se c t ore s y pist a s .

So n disposit ivo s electromecánico s capace s d e t ra nsform a r un desplazamient o angula r o l ine a l , bie n en un t re n de impulso s o en un a sa lid a disc re t a codif icad a en bina ri o na tura l , BCD, Gray , e t c . .

Codificadore s absoluto s | Convie rte n un a posició n angula r en un núme -ro codificad o digit a lmente , norma lment e en Binario , BCD o Gray .

Codificadore s numérico s qu e produce n un puls o a l pas o de cad a un o de lo s sec tores , debidament e espac iado s de l disco .

Codificadore s incremén -ta le s

UPV-CFP 347

Glosari o

Códig o BCD

Códig o Gra y

Código s bina rio s

Sist e m a numéric o de c im a l , e n e l qu e cad a un a d e su s c ifra s están re pre se nt a da s en grupo s d e 4 bit s .

Sist e m a numéric o en e l qu e c a d a a um e nt o en la c ue nt a vie n e acompañad o po r un c a m bi o en e l e st a d o d e sólo un bit .

So n sist e m a s d e numeració n qu e únicament e ut i l iza n lo s símbolo s 1 y 0 .

Coe fic ient e d e t e m pe ra t u - | Ex pre s a e l c a m bi o en la re sist e nc i a de l t e r -m ist o r da d o un ra ng o d e t e m pe ra t ur a de t e r -m ina do .

ra

Col a Es e l disposi t iv o dond e e l c l ie nt e rea liz a la e spe ra .

Colisió n (Colas ) Se produc e c ua nd o un c l ie nt e int e nt a accede r a un se rvic io , qu e y a está sie nd o ut i l iza d o po r ot r o c l ie nt e .

Comparadore s So n disposi t ivo s qu e e m it e n un a seña l de e st a d o lógic o a lt o c ua nd o s e c um pl e la c ondi -ción e st a ble c id a e nt r e su s do s va ria ble s de e nt ra da .

Complement o Es l a funció n boole a n a N OT , qu e de vue lv e el va lo r ve rda de r o c ua nd o la e nt ra d a se a fa ls a y e l va lo r fa ls o c ua nd o l a e nt ra d a se a ve rda de -ra .

Component e c onse rva t iv o | T ie n e un signif ic a d o físico , po r e je m plo , un sist e m a está en un e st a d o únic o en cad a m om e nt o , o se m a nt ie ne n un númer o de e nt i -da de s .

Concurrenc i a Dos proc e so s so n c onc urre nt e s s i su e je c u -ción s e produc e d e m a ne r a simultáne a de form a inde pe ndie nt e .

Condic ione s de activació n I Aquélla s qu e so n usa da s pa r a la s ecuac ione s de activació n de la s e t a pa s d e inicialización . Condic ione s qu e debe n c um plirs e de form a sistemátic a al com ienz o de c a d a c ic lo .

inic ia le s

Condic ione s inic ia le s

Conexió n en pa ra le l o Asociació n de e lementos , en la qu e la sa lid a se ac t iv a cuand o c ua lquie r a de la s rama s tenga n va lo r lógic o " 1 " .

348 UPV-CPF

señal de la condi -

de

jevuelv e el

sea falsa y


Conexió n en se ri e Asociació n de e lementos , en la qu e la sa lid a se a c t iv a c ua nd o t oda s la s rama s en seri e t ie ne n va lo r lógic o " 1 " .

Congelació n de l a u t om a - I T ra t a m ie nt o d e a la rm a en e l que , ant e la a pa -t ism o I rició n d e un a seña l de a la rm a part ic ip a en

c a d a un a d e la s recept ividade s asoc iada s a la s t ra nsic ione s , d e form a qu e su activació n im pid e la evolució n de l sist e m a .

Consigna s V a lore s d e re fe re nc i a qu e so n suminist rado s a lo s c ont rola dore s pa r a obtene r la sa lid a de -se a da .

Consola s d e progra m a -c io n

Periféric o c o n e l qu e se pued e int roduc i r e l progra m a d e c ont ro l en un autómat a progra -m a bl e indust r ia l .

Const a nt e d e t ie m p o T ie m p o qu e t a rd a un sist e m a en a lcanza r el 6 3 % d e s u va lo r f ina l .

Contac to r

Contado r

Cont ro l Ce nt ra l iza d o

Es un int e rrupt o r c ont rola d o a distanc i a qu e pe rm it e c ont rola r e le va da s corriente s m e -dia nt e un a pequeñ a señal .

Disposit iv o ut i l iza d o pa r a rea liza r operac ione s d e c ue nt a , d e t ip o a sc e nde nt e y/o descen ¬de nt e .

Sist e m a qu e está c onst it uid o po r un computa -do r c e nt ra l qu e gobie rn a t od o e l proces o a travé s d e uno s ¡nterfaces .

Cont ro l d e c a l ida d T a re a s qu e implementa n sistem a pa r a c onse gui r qu e e l produc t o fabricad o se m a nt e ng a de nt r o d e uno s márgene s estable -c ido s d e c a l ida d .

Cont ro l Dist ribuid o Conc e pt o qu e c ont e m pl a la distribució n de la s c ont ro l de form a je ra rquizad a y t a re a s

dent r o de l m ism o nive l .

Cont ro l Jerárquic o Concept o qu e contempl a la distribució n de la s t a rea s de cont ro l de form a je ra rquizada .

Cont ro l Mult icap a Es un sist e m a je ra rquizad o de vario s nive le s dond e en c a d a un o se lleva n a cab o la s t a -rea s de cont ro l loca l , supervisió n y opt im iza -

• 0 c ion .

UPV-CFP 349

Glosari o

Cont roladore s lógico s

Conve rgenc i a en AN D

Conve rgenc i a en OR

Curv a de Calibració n

Dec isione s estratégica s

Denominació n a lt e rna t iv a de programable s indust ria les .

autómata s

Est ruc tur a lógic a qu e se ut iliz a pa r a modela r la c onve rge nc i a de do s o más secuenc ia s simultánea s en un a m ism a secuenc ia .

Est ruc tur a lógic a qu e se ut iliz a pa r a modela r la c onve rge nc i a de do s o más secuenc ia s a lt e rna t iva s en un a m ism a se c ue nc ia .

Dec isione s ope rac iona le s

Es la representació n gráfic a xy , de l resultad o de l t e s t de calibració n estática .

De c isione s , a la rg o pla zo , de t e rm ina da s po r la c om pe t i t iv ida d y supe rvive nc i a de la empresa , qu e inc luye n introducció n de un a nuev a t e c -nología , expansió n de l sist e m a , e t c . .

De c isione s a c ort o pla z o qu e se ocupa n de l c ont ro l c ot idia n o de la s ope ra c ione s de fa bri -c a c io n

Dec isione s táctica s De c isione s , a m e di o pla zo , qu e inc luye n la divisió n de l obje t iv o t ot a l de producció n en lot e s , t om a r en c ue nt a la disponibi l ida d de los m a t e ria le s en brut o , fe c ha s ve nc ida s , e t c . .

Deriv a térmic a

Detecto r fotoeléctric o

Ruid o qu e se ge ne r a en la sa l id a de un t rans -duc t o r de bid o a la s va ria c ione s de t e m pe ra t u -ra .

De t e c t o r c uy o princ ipi o d e func ionamient o está ba sa d o en la generació n de un ha z lum i -nos o po r pa rt e de l fot oe m iso r qu e se proyect a sobr e e l fot ore c e pt o r o sobr e un disposit iv o re f le c t a nt e .

Disposit ivo s c uy a sa l id a c a m bi a de estad o c ua nd o en su e nt ra d a se de t e c t a un flanc o de subid a o de ba ja d a de la va riabl e booleana .

De tec tore s de t empe ra tur a El princ ipi o de func iona m ie nt o de lo s de tec to -resist ivo s I re s de t e m pe ra t ur a resist ivo s se bas a en qu e

t odo s lo s me ta le s manifiesta n un cambi o po -sit iv o en su resistenc i a debid o a un cambi o posit iv o de la t e m pe ra t ura .

De tec tore s de flanc o

350 UPV-CPF

Detec tore s fíuídico s d e prox im ida d

Diagnóstic o de fa l lo s

Diagram a d e c ont a c t o s

Ca pt a dore s neumático s ut ilizado s pa r a de -t e c t a r la prox im ida d de un obje to .

En un a e st ruc t ur a de cont ro l mult inive l , es la pa rt e qu e llev a a cab o la detecció n y a isla -m ie nt o d e lo s fa llo s suscept ible s de ocurri r en e l s is t e m a .

Le ngua j e de programació n basad o en lo s c ont a c t o s eléctricos .

Diagram a d e e sc a le r a Le ngua j e de programació n basad o en norm a s N EM A .

as

Dia gra m a d e func ione s

ógica s

Dia gra m a s pa rc ia le s

(Gra fce t )

DIN

Di re c c iona m ie nt o d e E/S

Le ngua j e d e programació n ba sa d o en dispo -s i t ivo s lógicos .

D ia gra m a s qu e m ode la n lo s subproc e so s de fo rm a más e x ha ust iva , si n pe rde r la le gibi l i -da d .

I nst i t ut o Alemá n pa r a la Normalizació n (Deut -sc h e I nst i t u t für N orm un )

De t e rm in a l a form a d e codificació n de la s dis -t in t a s e nt ra da s , sa l ida s y va ria ble s inte rna s de c a d a módul o de l autómat a progra m a ble .

Disc ipl in a d e c o l a

Dispa r o d e transició n

Disponibi l ida d

Disposició n d e f luj o d e produc t o

Disposició n d e posició n f i j a

Disposició n de proc e s o

Es l a re gl a qu e s e a pl ic a pa r a se lecc iona r a l próxim o c l ie nt e e n la c ola , qu e ha de se r se r -v ido .

Fra nque a m ie nt o d e la transición . Ause nc i a d e pa ra da s c om o c onse c ue nc i a de fa l lo s de l s ist e m a .

Disposició n en pla nt a qu e s e ca rac te riz a po r a producció n de un únic o produc t o en gra n -

de s volúmene s de producción .

Disposició n en pla nt a , en la qu e e l produc t o no sufr e de spla za m ie nt os , sin o qu e so n la s he rra m ie nt a s y t ra ba ja dore s lo s qu e se de s -pla za n pa r a su fabricación .

Disposició n en plant a en qu e la s máquina s se orde na n en grupo s de acue rd o co n e l t ip o de proc e s o de manufacturación .

UPV-CFP 351

Glosari o

Disposició n de proyec t o

Disposició n en plant a

Disposició n po r tecnologí a de grup o

Disposició n en plant a mu y pa rec id a a la dis -posició n po r posició n fi ja , co n la dife renc i a de qu e en est e c a so , un a ve z fina lizad o e l pro -yec to , se re t ir a e l equipam iento .

Hac e re fe renc i a a l t ip o de reordenamient o de lo s disposit ivo s físico s e insta lac ione s de pro -ducció n en pla nt a .

Es un a disposició n en pla nt a qu e combin a la s ve nt a ja s d e la disposició n de fluj o de produc -t o , c o n la f le x ibi l ida d proc e so .

l a disposició n

Disposit iv o de c a m p o Disposit iv o d e instrumentació n y c ont rol , qu e dispon e d e func ione s t a le s c om o diagnóstico , c ont ro l y comunicació n c o n ot ro s disposit ivo s d e c a m po .

Disposit iv o de ruptur a d e Disposit iv o qu e s e e nc a rg a d e ex t ingui r el a rc o I a rc o qu e s e form a e nt r e lo s c ont a c t os , en el

m om e nt o d e abri r e l int e rrupt or .

Disposit ivo s ge ne ra dore s I Disposit ivo s qu e ge ne ra n un a seña l de salid a de impuls o d e form a d e im pulso , c ua nd o se le s aplic a

un a seña l m a nt e nid a a su e nt ra da .

Dive rgenc i a en AN D

Dive rgenc i a en OR

Economía s de a lcanc e

Economía s de e sc a l a

Est ruc t ur a lógic a qu e s e ut i l iz a pa r a modela r l a posibi l ida d d e t om a r do s o más secuenc ia s simultáneas .

Est ruc t ur a lógic a qu e se ut il iz a pa r a modela r la posibi l ida d d e t om a r do s o más secuenc ia s a lt e rna t iva s .

Consist e en la fabricació n d e un a ampli a va -rieda d d e produc t o s c o n un ba j o volume n de producción . _

Consist e en la fabricació n en seri e de un a ga m a e st re c h a d e produc t os .

Ecuació n de activació n / Funció n lógic a qu e e st a ble c e el moment o en desactivació n

Ecuació n de mand o qu e un a e tap a de b e ac t iva rse /desac t iva rse . Funció n lógic a qu e de t e rm in a la activació n de la s órdene s de mand o de la s acc ione s aso -c iada s a c a d a e tapa .

352 UP V-CPF


Ecuac ione s de estad o

Ecuació n fundamenta l de Expresió n matemátic a qu e re lac ion a el vec to r la s RdP I de marcad o inic ia l co n el vec to r de marcad o

f ina l , t ra s un a secuenc i a de disparo . Conjunt o de ecuac ione s lógica s qu e m odif i -c a n e l estad o inte rn o de l sistema .

Conjunt o de ecuac ione s lógica s qu e imple -menta n la s órdene s de mand o a l sistema .

Ecuac ione s dife renc ia le s Ecuació n qu e cont ien e de rivada s de un a fun -ordina ria s I ción respec t o a un a únic a va riable .

Ecuac ione s de sa lid a

Ecuac ione s en dife renc ia s | Ecuació n qu e cont ien e de rivada s disc re t iza -da s .

EEPROM M e m ori a de sólo lec tur a reprogramabl e po r volt a j e eléctric o (Elec t ricabl e Erasabl e Pro -gra m m a bl e Read-Onl y Memory )

Ejecució n de un a RdP Consist e en e l dispa r o de toda s la s t ransic io -ne s va l ida da s qu e com ienza n desd e un de -t e rm ina d o marcad o inic ia l .

Ejecució n en a lt e rnanc i a | Consist e en la ejecució n de un subproceso , ha st a e l f ina l de dic h a secuenc ia , t ra s la cua l se de posit a la marc a en el comienz o de l si ¬guie nt e subproc e so .

El dist ribuido r neumátic o | So n lo s disposit ivo s preacc ionadore s asoc ia -do s a lo s c il indro s qu e de te rm ina n la s vías de circulació n de l a ir e comprim ido .

Element o norma lment e | Disposit iv o de contac t o qu e establec e el cierre de l c ircuit o c ua nd o se suminist r a un a corrient e abiert o a su bobin a de c ont rol .

Element o norma lment e | Disposit iv o de contac t o qu e establec e la ape rt ur a de l c ircuit o cuand o se suminist r a un a cerrad o corrient e a su bobin a de cont rol .

Encode r

Enlac e en cascad a

Es un codificado r numérico .

Enlac e qu e hac e corresponde r la sa lid a de un disposit iv o co n la ent rad a de l siguiente . Es un a disposició n de disposit ivo s en seri e

Enlac e en comú n de e n - I Enlac e qu e hac e corresponde r un a de la s t rad a I ent rada s de un disposit iv o haci a un a ent rad a

de l siguient e disposit ivo .

UPV-CFP 353

EPROM

Esc lav o

Espac i o de estado s

Estad o

Est ruc tur a c om pa c t a

Est ruc tur a De sc e nt ra l iza -da

Memori a de sólo le c t ur a re progra m a bl e (Era -sabl e Progra m m a bl e Re a d-Onl y Memory )

Disposit iv o qu e es c oordina d o po r un disposi -t iv o c e nt ra l c onoc id o c om o m a e st ro .

El c onjunt o de t odo s lo s posible s e st a do s qu e pue d e t om a r un sist e m a .

Conjunt o más pequeñ o d e va ria ble s (de nom i -nada s va ria ble s d e e st a do) , de mod o qu e el c onoc im ie nt o d e éstas , junt o c o n e l c onoc i -m ie nt o d e la e nt ra da , de t e rm in a po r comple t o e l c om port a m ie nt o de l s is t e m a .

Est ruc t ur a d e autómat a indust r ia l d e ca rcas a c e rra d a a de c ua d a pa r a pequeña s a pl ic a c io -ne s c o n un númer o pre f i ja d o de e nt ra -da s/sa l ida s .

Est ruc t ur a d e c ont ro l e n la qu e un ordenado r c e nt ra l de t e rm in a la s c onsigna s gene ra le s c om unic a da s a c ont ro la dore s e spe c ia liza do s qu e c ont ro la n lo s d ive rso s e le m e nt o s de la instalación .

Est ruc tur a modula r Est ruc t ur a d e autómat a indust r ia l form a d a po r módulo s d e aplicació n específica .

Etap a Situació n de l s is t e m a e n l a c ua l t od o o un a pa rt e de l órgan o d e m a nd o e s inva riant e fre nt e a la s e nt ra da s y sa l ida s de l sist em a a ut om a t iza do .

Etap a ac t ivabl e

Etap a ac t ivad a

Etap a de inicializació n

Etap a fuent e

Etap a norma l

Cua nd o l a transició n inm e dia t a a nt e rio r está va l ida da .

U n a e t a p a está a c t iva d a c ua nd o pose e un a m a rc a .

Es a c t iva d a d e form a inc ondic iona l en e l c o -m ienz o d e la ejecució n de l a lgori t m o de c on -t ro l .

Etap a qu e no pose e transició n d e e nt ra da .

Está ligad a a un a transició n d e e nt ra d a y a ot r a de sa l ida .

354 UPV-CPF


Etap a sum ide r o

Etherne t

Et ique ta s (Gra fce t )

Event o disc re t o

Evento s e x t e rno s

Etap a qu e no pose e transició n de sa lida .

Red de c om unic a c ione s ba sa d a en un a c c e s o a l m e di o d e carácte r a le a t orio .

Rectángul o c one c t a d o a la e tap a a la qu e ha c e re fe re nc ia , qu e c ont ie n e la acció n ele ¬m e nt a l a re a liza r c ua nd o la e t a p a está ac t iva .

Suc e s o qu e t ie n e luga r en t ie m po s disc re t os , f re c ue nt e m e nt e d e m a ne r a a sinc ron a y no de t e rm inist a .

Eve nt o s qu e c orre sponde n a un c a m bi o en el e st a d o de l e nt orno .

Evoluc ione s simultánea s Consist e n e n e l f ra nque a m ie nt o simultáne o d e t ra nsic ione s va l ida da s po r e t a pa s sit uada s en dia gra m a s se pa ra dos .

Fabricació n Es un proc e s o d e transformació n mediant e e l c ua l , e l m a t e ria l e n brut o , e l t ra ba jo , la e ne r -gía y e l e quipa m ie nt o se reúne n pa r a produc i r mercadería s d e a lt a c a l ida d , la s cua le s debe n t e ne r un va lo r económic o mayo r qu e lo s c om -pone nt e s ut i l iza do s y de be n se r vendible s en un e nt orn o c om pe t i t ivo .

Fabricació n I nt e gra d a

Fie l d Bu s

FIFO

Fina l de ca rre r a

Flujograma s

Conc e pt o en e l qu e se c ont e m pl a la inclusió n d e form a int e gra d a a la producción , de c on -c e pt o s t a le s c om o gestió n empresa ria l , plani ¬ficación , programación , e t c . .

Fie ldbu s es un términ o genéric o qu e describ e una s nue va s c om unic a c ione s digita le s rede s d e c om put a dora s qu e se usará en la indust ria .

Un t ip o de disc ipl in a de cola , qu e sirv e a l c lient e qu e llegó en prime r luga r (Firs t In Firs t Out ) . Captado r bina ri o de posició n po r a c c iona -mient o mecánico .

Lengua j e de programació n basad o en dia -grama s de flujo .

Fotocélul a Captado r binari o de posició n po r interrupció n de ha z fotoelectrónico .

UPV-CFP 355

Glosari o

Funció n boolean a

Func ionamient o se m i -1 automátic o

1 Aque ll a expresió n en la qu e un c o n j u n t o d e l va riable s boole a na s se ve n re lac ionada s po r lo s ope ra dore s boole a nos . _ _ _ _ !

1 Mod o d e func iona m ie nt o qu e necesit a dé la ! autorizació n de l ope rado r pa r a e jecuta rse -

GEMMA

Gestió n de a la rma s

Es un a representació n gráfic a y sintéticade l lo s m odo s d e m a rc ha s y pa ra da s de un auto -

1 m a t ism o . 1

1 Ope ra c ione s d e proc e sa m ie nt o d e la s d is t i i v l t a s va r ia ble s d e e nt ra d a y sa l id a pa r a la a c t i -vació n d e la s a la rm a s progra m a da s en e l sis -t e m a .

1 Gestió n de recurso s hu -1 mano s

Ope ra c ione s pa ra ' l a asignació n d e pe rsona s ! a l desempeñ o d e t a re a s específicas . |

Gra fce t Es un métod o gráfic o d e m ode la d o d e siste - 1 m a s ba sa do s e n a ut om a t ism o s d e carácte r se c ue nc ia l . |

Guía ope rado r V a r ia nt e d e m a yo r sofisticació n e n l a t om a po r pa rt e de l d isposi t iv o automátic o d e medida s a un a se r i e d e va r ia ble s , proc e sa nd o dic h a in -formació n y e m it ie nd o pa rt e s dia r io s de se rvi -c i o y ba la nc e s .

Histéresi s (T ransduc tores )

Impedanc i a de sa lid a

Es l a máxim a di fe re nc i a e nt r e la s sa lida s de seña l c orre spondie nt e s a un punt o de la s m a gni t ude s c re c ie nt e s y de c re c ie nt e s ent r e "c e ro " y "fond o d e e sc a la " .

Histéresi s (T ransduc tores )

Impedanc i a de sa lid a I m pe da nc i a d e un c irc ui t o v is t a de sd e lo s t e r -m ina le s d e sa l ida .

Ingenierí a de proces o Es l a pa rt e d e l a ingenierí a qu e s e oc up a de lo s t e m a s d e de sa rrol l o d e proc e so s d e fa bri -cación . 1

Ingenierí a de produc t o

Inhibició n de a c c ione s

Es l a pa rt e d e la ingenierí a qu e s e ocup a de lo s t e m a s d e diseñ o d e p r o d u c t o _ _ _ _ _ J

T ra t a m ie nt o d e a la rm a en e l que , a nt e la apa -rició n d e un a seña l d e a la rm a , no de t ie n e tod a | l a evolució n de l a ut om a t ism o , sin o qu e inhib e a la s propia s a c c ione s a soc ia da s a la s e ta -pa s . _ J

UPV-CPF


Interfa z

ISO

LA N

Lec tur a de m a rc a d o

Lengua j e Gra fc e t

Lengua j e mnemónic o

Lengua je s d e progra m a -c io n

Circuit o qu e a da pt a un disposit iv o co n ot r o

Organizació n Inte rnac iona l de Estándare s

Ne tw or k

Est ruc tur a qu e pe rm it e condic iona r el dispar o de un a transició n po r e l marcad o de un lugar , si n qu e e ll o signif iqu e la eliminació n de la m a rc a de ese lugar .

Lengua j e d e programació n de autómata s pro -gra m a ble s ba sa d o en Gra fce t .

Lengua j e de programació n mediant e inst ruc -c ione s d e ba j o nive l específica s de cad a m o -de l o d e autómata .

Conjunt o d e regla s y direc t iva s pa r a la imple -mentació n d e lo s a lgorit m o s de cont ro l en la m e m ori a de lo s autómata s programable s in -dust r ia le s .

U FO Un t ip o d e disc ipl in a de c ola , qu e sirv e a l c l ie nt e qu e llegó en últim o lugar . (Las t In Firs t Out )

Limitació n de c a pa c ida d Est ruc t ur a qu e e st a ble c e un mecanism o d c ont ro l qu e lim it a e l númer o máxim o de dispa -ro s de un a transición .

Linea lida d Conc e pt o qu e a soc i a la respuest a de t ra nsduc t o r a la representació n gráfic a de un a ínea rec t a co n de te rm inad a pendiente .

Líneas de dic a da s de pro -ducció n

Consist e en un a fabricació n espec ia lizad a c ont inu a de produc to s idénticos . Se ca rac te ri -zan po r un a t a s a de producció n mu y a lt a y de est rech o a lcance .

Lógic a cablead a

Lógic a de contac to s

Lógic a programad a

Procedim ient o de implementació n de lo s a lgo -ritmo s de cont ro l mediant e cable s eléctricos , relés electromagnéticos , interruptores , e t c . .

Representació n gráfic a de esquema s de a u -t o matismoselé ^ Procedimient o de implementació n de lo s a lgo -ritmo s de cont ro l mediant e programa s infor -máticos .

UPV-CFP 357

Glosari o

Lógic a secuenc ia l

Longit u d de c ol a

Luga r (RdP)

Luga r l im it ad o (RdP)

M a c roe st a do s

M a c ro-Et a p a

Lógic a ut i l izad a pa r a e l diseñ o de lo s a ut om a -t ism o s se c ue nc ia le s .

Es e l númer o d e c l ie nt e s d e un a c ola .

Element o d e un a re d d e Pe t r i qu e represent a un a fa s e e st a bl e po r l a qu e a t ra vie s a e l sis -t e m a e nt r e do s suc e so s c onse c ut ivos .

Es un luga r t a l qu e pa r a c ua lquie r marcad o a lc a nza ble , s u númer o d e m a rc a s es meno r o igua l a un de t e rm ina d o va lor .

Est a d o c onside ra d o e n e l nive l d e m a c rofun -c iona m ie nt o d e un s is t e m a a ut om a t iza do , dond e s e c ont e m pla n lo s e st a do s de func io -na m ie nt o , pa ra da , caída de l s is t e m a , e t c . .

Representació n c om pa c t a d e un c onjunt o de e t a pa s c uy a aparició n pue d e re pe t irs e en va -ria s oc a sione s a lo la rg o de l d ia gra m a Gra -fc e t .

Maest r o Disposit iv o qu e c ont ro l a la s ope ra c ione s y comunicació n po r re gist r o cíclic o d e lo s e sc la -vos , qu e pue de n c om unic a r sól o c ua nd o el m a e st r o s e lo a ut or iza .

MAN

Mantenim ient o

MAP

Mapa s de Ka rnaug h

M e t ropol i t a n Are a N e t w or k (Re d d e Áre a Me-t ropol i t a na )

T a re a s d e conservació n de l e quipa m ie nt o indust r ia l .

M a nufa c t ur in g Aut om a t io n Prot oc o l (Protocol o d e Automatizació n d e la Fabricación )

Proc e dim ie nt o pa r a l a simplificació n de fun -c ione s lógicas .

Máquina s de e st a do s f in i -t o s

Marc a rese rvad a

Marcad o (RdP)

Una d e la s re pre se nt a c ione s form a le s de lo s sist e m a s d e e ve nt o s disc re t os , ba sa d a en e st a do s y t ra nsic ione s .

Una m a rc a es re se rva d a c ua nd o se dec id e e l dispa r o de l luga r qu e la c ont ie ne .

Conjunt o de m a rc a s qu e c ont ie n e un a re d de Pet r i en un instant e c onside ra do .

358 UPV-CPF


Marcad o inva ria nt e (RdP)

Marca s d e sist e m a

Marcha s automática s

Marcha s d e c ie rr e

Marcha s d e intervenció n

Propie da d qu e ga ra nt iz a el mantenim ient o de un va lo r c onst a nt e en e l númer o de marca s de un a re d de Pe t ri .

V a ria ble s int e rna s qu e sue le n t ene r lo s autó -m a t a s progra m a ble s indust ria le s pa r a e jecuta r func ione s d e carácte r específico , t a le s com o ge ne ra do r d e im puls o de inicialización .

Se t ra t a de l m od o de func iona m ie nt o norm a l -m e nt e cíclico , pa r a e l cua l e l sist em a a ut om a -t iza d o h a sid o diseñado .

Proc e dim ie nt o qu e inc luy e la s ope ra c ione s de c ie rr e ne c e sa ria s a seguir , ante s de qu e el proc e s o re t orn e a su e st a d o inic ia l .

Se t ra t a d e m odo s de func iona m ie nt o e spe -c ia le s ut i l iza do s ge ne ra lm e nt e en pe riodo s de a just e o fa l l o de l func iona m ie nt o de lo s s ist e -m a s a ut om a t iza dos .

Marcha s d e preparació n De fin e lo s proc e dim ie nt o s que , de form a m a -nua l o automática , ha y qu e rea liza r pa r a e l a rra nqu e d e la instalación .

Marcha s d e t e s t De st ina da s a a isla r un a pa rt e de la instalació n automática , qu e re quie r e de ope ra c ione s pe -riódica s d e a just e y/o calibración .

Marcha s de verificació n ba j o orde n

Marcha s de verificació n en el de sorde n

Materia le s Ant ide f la gra n -t e s

Matri z de inc idenc i a

Matri z de inc idenc i a d e ent rad a

Matri z de inc idenc i a de

Cic l o d e producció n qu e pued e se r explorad o a l r i t m o de se a d o po r la pe rson a qu e efectú a la verificación .

Pe rm it e ve rif ic a r de t e rm ina do s func iona m ie n -t o s de l s ist e m a , si n respe ta r e l orde n d e c ic l o o d e se c ue nc ia .

M a t e ria le s diseñado s específicament e pa r a su func iona m ie nt o en a m bie nt e s de carácte r W f la m a bl e o e x plosivo .

I nform a de l ba la nc e fina l de l númer o de m a r -c a s qu e s e produc e en lo s lugare s c ua nd o s e rea liz a e l dispa r o d e la s t ransic iones .

I nform a de la ex ist enc i a o no de a rco s d e e n -t ra d a de sd e un luga r a un a transición .

Inform a de la ex istenc i a o no de a rco s d e e n -J

UPV-CFP

Glosari o

sa lid a

Max te r m

Memori a bina ri a

Memorizació n

metodologí a t op-dow n

t ra d a de sd e un a transició n a un lugar . Expresió n boole a n a d e produc t o de sumas .

M e m ori a qu e pue d e t om a r sol o do s va lore s e st a ble s .

En un a re d de Pe t ri , c onsist e en l a m e m oriza -ción de un númer o d e m a rc a s o de l dispar o de un a transición .

Metodologí a qu e pe rm it e e l de sa rrol l o de lo ge ne ra l a lo pa rt ic ula r , de sc e ndie nd o a nive -le s mu y pre c iso s d e descripció n y de sc om po -sició n d e la s dive rsa s t a re a s d e un a ut om a -t ism o .

Minter m Expresió n boole a n a d e sum a d e produc t os .

Model o de re fe renc i a OSI | M ode l o ba sa d o e n un a norm a Ope n Syste m I nt e rc onne c t io n

Modo s de march a Lo s dive rso s m odo s d e func iona m ie nt o qu e pue de n re a l iza rs e e n lo s sist e m a s a ut om a t i -za dos , c onc e bido s y e st a ble c ido s en la fas e d e diseñ o de l s is t e m a .

Módul o secuenc iado r ne u - Es e l disposi t iv o funda m e nt a l pa r a la imple -mátic o mentació n d e a ut om a t ism o s neumático s de

carácte r se c ue nc ia l y d e c om port a m ie nt o cí-c l ic o .

Módul o secuenc ia l de e t a - Ele m e nt o tecnológic o func iona l c a pa z de inte -pa I ra c c iona r c o n su s e t a pa s a nt e rio r y poste rior .

Módulo s de comunicació n Disposit ivo s pa r a la interconexió n de nodo s ba sa do s en API .

Módulo s FUZZY

Monitorizació n

MPCS

Pe rm it e n la implementació n d e técnica s de int e l ige nc i a a rt if ic ia l ba sa d a en la lógic a difu -sa .

En un a e st ruc t ur a d e c ont ro l mult inive l , es la pa rt e .qu e llev a a c a b o e l se guim ie nt o y visua -lizació n de la s dist int a s va ria ble s de l s is t e m a ^

Cont ro l d e Sist ema s y Planificació n de la Pro -ducción .

Mult ivibrado r astabl e Disposit iv o en e l qu e la sa lid a no permanec e establ e en ningú n estado , em it iend o t rene s de impuls o cuand o está ac t ivado .

UPV-CPF


Mult ivibrado r e st a bl e Disposit iv o c a pa z de pe rmanece r en do s es-1 t a do s c la ra m e nt e dife renc iado s de form a e s -t a ble .

Mult ivibrado r m onoe st a bl e

|N A N D

|Ñanoautómata s

Disposit iv o en e l qu e la sa lida , t ra s se r dispa ¬rado , pe rm a ne c e en un estad o inestabl e m ie nt ra s pe rm a ne zc a a c t iv a la seña l de dispa -ro .

Funció n boole a n a qu e de vue lv e el va lo r fa ls o c ua nd o t oda s la s e nt ra da s sea n verdadera s y ve rda de r o en c a s o c ont ra rio .

Son autómata s progra m a ble s de mu y reduc i- 1 da s dim e nsione s . |

NEMA N a t iona l Elec t ri c M a nufa c t urin g Assoc ia t ion l (Asociació n N a c iona l d e Manufac tura s Eléctri -c a s) . 1

1 N ive l c orpora t iv o

Nod o de atribució n

N ive l d e la pirámid e CI M dond e se lleva n a l c a b o la s t a re a s d e gestió n comerc ia l ; pla nif i -cació n estratégica , f ina nc ie r a y administ ra t iva ; gestió n d e re c urso s hum a nos ; gestió n de pro -duc t o y proc e so ; gestió n de sistema s de i n - j formación,.. .

Es a que l nod o OR qu e únicament e pose e un a rc o de e nt ra d a y va rio s d e sa lida .

Nod o de conjunció n Es a que l nod o AN D qu e present a un únic o a rc o d e sa l ida .

I Nod o de distribució n Es a que l nod o AN D qu e present a un únic o | a rc o de e nt ra da .

j Nod o de selecció n Es aque l nod o OR qu e únicament e pose e un 1 arc o de ent rad a y va rio s de sa lida .

ÑOR

NOT

Funció n boole a n a qu e devue lv e e l va lo r fa ls o cuand o cua lquie r a de la s ent rada s se a ve rda -1 de r a y fa ls o en cas o cont ra rio . Funció n boolean a qu e devue lv e e l va lo r ve r -dader o cuand o la ent rad a se a fa ls a y viceve r -sa .

Operació n de vigilanc i a Consist e en la t om a po r part e de l disposit iv o automátic o de medida s a un a seri e de va ria -bles , procesand o dich a informació n y e m it ie n -1 do parte s dia rio s de sen/ic i o y ba lances . |

UPV-CFP 36

Glosari o

Operadore s booleano s I Establece n la s re lac ione s a e fec tua r sobr e la s

OR

Órdene s de forzad o

dist inta s va riable s boole a na s .

Funció n boole a n a qu e de vue lv e e l va lo r ve r -da de r o c ua nd o c ua lquie r a d e la s ent rada s se a ve rda de r a y fa ls o en c a s o c ont ra r io .

Pe rm ite n modifica r e l e st a d o d e la s e tapa s de un dia gra m a pa rc ia l jerárquicament e infe rior .

Órdene s de mand o Son la s señale s qu e m a nd a l a pa rt e de c on -t ro l ha c i a lo s pre a c c iona dore s , e nc a rga do s de a c t ua r sobr e e l sist e m a , m odif ic a nd o así su e st a do .

Par t renzad o

Parad a de urgenc i a

Disposició n he lic oida l d e un pa r d e c onduc t o -res .

Pa ra d a e fe c t ua d a sobr e e l s is t e m a a c onse -c ue nc i a d e la aparició n d e un a seña l d e a la r -m a . -••

Part e de Cont ro l o M a nd o Es e l disposi t iv o e nc a rga d o d e rea liza r el c ont ro l c oordina do r d e la s dist int a s ope ra c io -ne s e nc a m ina da s a m a nt e ne r l a pa rt e ope ra -t iv a ba j o un func iona m ie nt o pre e st a ble c id o en la s e spe c i f ic a c ione s d e diseño .

Part e Opera t iv a Form a d a po r un c onjunt o d e disposit ivos , má-quina s o subproc e so s diseñado s pa r a la re a l i -zació n d e de t e rm ina da s func ione s d e fa bric a -c ion .

Permit ivida d

Perturbac ione s

Peso s de lo s a rco s (RdP)

Pilota j e

Potenc i a de la unida d cent ra l

M a gnit u d c uy o produc t o po r e l c a m p o eléctri -c o es igua l a la inducció n eléctrica .

Aque l la s señale s qu e t ie nd e a a fe c t a r ne ga t i -va m e nt e e l va lo r d e sa l id a d e un sistem a y qu e so n ina c c e sible s a l ope ra dor .

V a lo r numéric o a soc ia d o a lo s a rc os .

Denominació n a lt e rna t iv a a la operació n de a c c iona m ie nt o d e un dist r ibuido r neumático .

De t e rm in a la ve loc ida d d e ejecució n de la s inst rucc ione s de l progra m a d e usua rio .

362 UPV-CPF

Preacc ionado r bie st a bl e | Se us a pa r a m a nt e ne r un a acció n en e t a pa s suc e siva s , de bie nd o hace r re fe re nc i a sólo en la s e t a pa s d e activació n y desactivació n de la acción .

Preacc ionado r m onoe st a - | Se us a pa r a m a nt e ne r un a acció n en c a d a e t a pa , de bie nd o re fe re nc ia rs e en c a d a e t a p a bl e a fe c t a da .

Preacc ionadore s Disposit ivo s qu e pe rm it e n e l c ont ro l de gra n -de s pot e nc ia s , m e dia nt e la s señale s de pe -queñ a pot e nc i a qu e so n e m it ida s po r la pa rt e d e c ont ro l .

Precisió n

Presosta t o

Es un e rro r e x pre sa d o e n porc e nt a j e de fond o d e e sc a la . Tambié n s e sue l e expresa r , de form a c om bina da , c om o e l va lo r medi o c ua -drátic o d e lo s e rrore s .

Ca pt a do r bina ri o d e presión .

Princ ipio s de transducció n So n e l funda m e nt o físic o sobr e e l c ua l se a sie nt a l a conversió n d e un a m a gnit u d físic a en ot r a dist int a .

Procedim iento s d e fa l lo s Grup o d e e st a do s qu e c om pre nd e lo s modo s (GEMMA) d e intervenció n qu e pe rm it e n re m e dia r un

e st a d o d e pa ra d a de bid o a ra zone s inte rna s a l s ist e m a .

Procedim iento s d e func io - Grup o d e e st a do s qu e so n ne c e sa rio s pa r a la namient o (GEMMA) producción .

Procedim iento s d e pa ra d a Grup o d e e st a do s dond e a pa re c e n lo s proc e -(GEMMA) dim ie nt o s d e pa ra da s qu e permitirán , en c a s o

ne c e sa rio , l a pa ra d a de l sist e m a . Proceso s de fluj o c ont inu o | Configuració n d e pla nt a d e producció n de di -

c a d a a gra nde s c a nt ida de s d e produc t o , c o n pequeñ a variació n de l m ism o .

Proceso s Jo b Sho p

Proceso s po r lote s

Configuració n d e pla nt a d e producció n c a -ra c t e riza d a po r volúmene s d e producció n ba -jo s a medio s y un a a m pli a ga m a d e produc ¬t os . Tambié n de nom ina do s t a l le re s d e t ra ba jo .

Configuració n de pla nt a de producció n c a -rac te rizad a po r lote s d e tamaño m e di o de l m ism o produc to .

UPV-CFP 36

Glosari o

Producció n no obstant e (GEMMA)

Program a (API )

Program a monito r (API )

Contempl a e l cas o de aparició n de un fa ll o de carácte r lev e si n ningun a repercusió n sobr e la producción , y qu e no im plic a l a detecció n de la m isma . ^

Está c om pue st o po r un c onjunt o de direc t iva s de usua rio , qu e serán int e rpre t a da s po r e l progra m a monitor , int roduc id o po r e l fa br i -cant e en un a zon a d e m e m ori a no accesibl e pa r a e l usua rio .

Es un progra m a , ina lt e ra bl e e ina c c e sibl e pa -ra e l usua rio , de dic a d o a l a interpretació n de la s inst ruc c ione s pre se nt e s e n e l progra m a de éste .

Programació n de la pro - | Pla n d e producció n e n e l qu e s e espec ific a cuánd o y cuánta s unida de s d e c a d a produc t o ducció n de be n se r e nt re ga da s

Programació n off-l in e Programació n d e disposi t ivo s progra m a ble s re a l iza d a fue r a de l func iona m ie nt o de l sist e -ma .

Programació n on-lin e Programació n d e disposi t ivo s programable s re a l iza d a dura nt e de l func iona m ie nt o de l sis -t e m a . Se de nom in a tambié n programació n en pla nt a .

Propieda d asoc ia t iv a Propie da d qu e a se gur a l a igua lda d d e la su -m a o produc t o boole a n o d e 3 va ria ble s cuy a operació n s e re a l iz a agrupándola s d e form a dife re nt e .

Propieda d conmuta t iv a Propie da d qu e a se gur a l a igua lda d d e la su -m a o produc t o boole a n o d e do s va riables , inde pe ndie nt e m e nt e d e s u orde n .

Propieda d dist ribut iv a

Puert a lógic a

Propieda d qu e a se gur a l a igua lda d d e la su -m a o produc t o boole a n o d e 3 va riable s cuy a operació n se rea liz a a nt e s , o despué s de l resultad o de un a se gund a operación .

Element o funda m e nt a l qu e se ut iliz a en la implementació n d e c ont rola dore s (mediant e tecnologí a electrónica) .

364 UPV-CPF


Radiac ione s e le c t rom a g -nética s

RAM

Rang o

RdP autónom a

RdP bina ria s

RdP c onform e

RdP c onse rva t iv a

RdP ge ne ra l iza da s

I • •

capace s de provoca r el c a m -bi o de estad o de puerta s lógica s de l autómat a programable .

corres -

Memori a de acces o a leatori o (Rando m Ac -ces s Memory )

Se de fin e com o lo s límite s superio r e inferio r de lo s va lore s de la magnitu d físic a pondiente , suscept ibl e de medición .

Es un a re d de Pet ri , cuyo s instante s de dispa -ro no se indica n o se desconocen .

Es un a re d de Petr i lim itada , en la qu e su s lugare s sólo puede n contene r com o máxim o un a marca .

Es un a re d de Petr i binari a y viva .

Una re d de Pet r i co n marcad o invariant e

Son a que lla s en la s qu e lo s peso s asociado s a lo s a rco s puede n toma r un valo r superio r a uno .

RdP int e rpre t a d a

RdP l im it a d a

RdP no-autónom a

Rdp ordina ria s

RdP P-t e m poriza da s

RdP sinc ronizada s

Red de Pet r i a la qu e se da un a interpretació n a soc ia bl e a l func ionamient o de un sistem a de t e rm ina do .

Es un a re d de Petr i qu e t ien e todo s lo s luga -re s l im it ado s pa r a cua lquie r marcad o inic ia l .

Es un a re d de Petr i cuy a dinámic a vien e de -t e rm ina d a po r evento s ex terno s o po r la va -riabl e t ie m po .

Son aquélla s en la s qu e lo s peso s asociado s a lo s a rco s t oma n com o máxim o el va lo r de la unida d . Red de Pet r i t emporizad a qu e cont ien e luga -re s en lo s qu e la marc a deb e permanece r al meno s un de te rm inad o valo r de t iempo .

Son aque lla s rede s de Petr i en la s qu e cad a transició n t ien e asoc iad o un evento , teniend o luga r e l dispa r o de dich a transició n cuand o el event o ocurre .

UPV-CFP 365

Glosa r i o

RdP t e m poriza da s

RdP T -t e m poriza da s

RdP viv a

Recept ivida d

Recurs o compart id o

Red de área loca l

Red de Pet r i cuy o dispa r o vie n e condic ionad o po r la va riabl e t ie m po .

Red de Pet r i qu e t ie n e a soc ia d a un a t e m pori -zación a un a transición , qu e t ra s se r dispa ra -da , rese rv a la m a rc a de l lugar , hast a qu e t ra nsc urr e un de t e rm ina d o t ie m po .

Red d e Pet r i qu e no pre se nt a bloque o s en su diseño .

Condició n lógic a qu e está a soc ia d a a un a 9 * r

transición .

Re c urs o de un sist e m a qu e de b e se r compar -t id o po r va rio s subproc e sos .

Está c onst i t u id a po r un m e di o físic o de t ra ns -misión , t ra nsduc t ore s , pre a c c iona dore s , y un de t e rm ina d o númer o d e e st a c ione s de red .

Red de c om put a dora s Es un sist e m a d e c om unic a c ione s qu e c o -ne c t a sist e m a s t e rm ina le s , denominado s host s .

Red de Pet r i (RdP) Es un gra f o or ie nt a d o form a d o po r e lemento s de nom ina do s luga re s , t ra nsic ione s y a rcos .

Regist r o de calibració n Es la t a bl a re sult a nt e d e pa re s d e va lore s de la realizació n de l t e s t d e calibració n estática .

Regist ro s de de spla za -mient o

Reguladore s de c orre s -pondenc i a

Disposit ivo s qu e se ut i l iza n pa r a desplaza r un de t e rm ina d o va lo r lógic o ha c i a l a de rech a o ha c i a la izquie rda .

Es un se rvosist e m a e n e l qu e la sa lid a es un a posición , ve loc ida d o aceleració n mecánicas . De nom ina do s tambié n se rvom e c a nism os .

Reguladore s de sost e ni - I Aque l lo s sist e m a s e n lo s qu e la magnitu d re -mient o I guia d a está obl iga d a a conse rva r lo mejo r

posibl e un va lo r a signa do , a pesa r de las pe rt urba c ione s .

Relé Se t ra t a de un disposit iv o de conmutació n dot a d o de un a bobin a y un grup o de contac -t os . Pe rm ite , usand o un a pequeñ a corriente , e l pas o de potenc i a a l disposit iv o conectad o a lo s contac to s princ ipa les .

366 UPV-CPF


Relé de enc lavam ient o

Relé Reed

Repe t ibilida d

Rese t priorit a ri o

Resolució n

ROM

Sa lto s c ondic iona le s

Es un relé de t ip o biestable .

Es un de tec to r de prox im ida d magnético .

Es la cua lida d de un t ransduc to r de reproduci r la s m isma s lec tura s de sa lid a cuand o un mism o va lo r a medi r es aplicad o consecut i -va m e nt e , ba j o la s m isma s condic ione s y en la m ism a dirección .

Expresió n de la s ecuac ione s de activació n / desactivació n de un a e tapa , qu e da pre fe ren -c i a a su desactivación .

Es e l c a m bi o más pequeñ o a la ent rad a de l t ra nsduc t o r qu e provocar á un cambi o a la sa l id a de l m ism o .

M e m ori a de sólo lec tur a (Read-Onl y Memory )

Sa lt o d e un a e t a p a a ot r a poste rior , po r medi o d e un a transición .

Sean t im e Parámetr o qu e de t e rm in a e l t iemp o qu e ut iliz a un autómat a progra m a bl e en la ejecució n de 1024 inst ruc c ione s .

Sc ra t c h-pa d

Secuenc i a c o n prior ida d

Secuenc i a de e m e rge nc i a

Secuenc i a únic a

Secuenciació n d e t a re a s

Z on a d e m e m ori a ut il izad a po r e l program a monit o r pa r a e l a lmacenamient o de va lore s int e rm e dio s y t e m pora le s .

Aquéll a qu e t ie n e priorida d de ac t ivarse , en e l c a s o d e qu e va rio s evento s simultáneo s pu -die ra n de se nc a de na r la ejecució n de se c ue n -c ia s c one c t a da s a un a dive rgenc i a en OR.

Se c ue nc i a hac i a la c ua l , en cas o de a la rma , de riv a la evolució n de l sist ema , par a situa r a l proc e s o y a lo s ope radore s en la mejo r sit ua -ción posible .

Se c ue nc i a qu e está compuest a de un c on -junt o d e e tapa s qu e va n siend o act ivada s un a t ra s ot ra , si n interacció n co n ningun a ot r a e s -t ruc t u ra . Ejecució n ordenad a y sucesiv a de un c on -junt o de t a re a s .

UPV-CFP 367

Glosari o

Secuenc ia s exc lusiva s Consist e en el us o de t ransic ione s co n recep -t ividade s exc lusivas , de ta l form a qu e se dis -par e sólo un a de la s t ransic ione s conectada s a un a dive rgenc i a en OR.

Secuenc ia s para le la s

Seguimient o de la Pro -ducció n

Segurida d

Conjunt o de secuenc ia s única s qu e so n a c t i -vada s de form a simultáne a y concurrent e po r un a m ism a transición .

Supervisió n de la s t a rea s de producció n en curso .

Englob a la c a pa c ida d de l sist e m a a ut om a t i -zado d e m inim iza r la proba bil ida d de a pa ri -ción de fa llo s en su func iona m ie nt o , así com o su s e fe c t os .

Selecció n de secuenc ia s | Est ruc tur a en la que , m e dia nt e un nod o de selección , es posibl e dispa ra r un a transició n de e nt ra d a a un a se c ue nc ia , e x c luye nd o al rest o de se c ue nc ia s .

Senso r I Disposit iv o qu e re spond e a a lguna s propieda -de s de t ip o eléctrico , mecánico , térmico , m a g -nético , químico , e t c . , ge ne ra nd o un a señal eléctric a qu e pue d e se r susc e pt ibl e de medí-c ion .

Servido r (Colas ) Es e l re c urs o qu e re a liz a e l se rvic i o a l c liente .

Servomecanismo s Es un se rvosist e m a en e l qu e la sa lid a es un a posición , ve loc ida d o aceleració n mecánicas . De nom ina do s tambié n re gula dore s de corres -ponde nc ia .

Servosistem a Es un sist e m a d e buc l e c e rra d o y ent rad a va ria ble .

Set priorita ri o

SFM

Expresió n d e la s e c ua c ione s d e activació n / desactivació n d e un a e t a pa , qu e da pre fe ren -c i a a su activación .

Sist e m a de fabricació n fle x ible .

Sincronizació n Conc e pt o qu e se ut il iz a pa r a mode la r la sin -cronizació n en e l func iona m ie nt o de do s o más subproc e sos , pa rt iend o de un a situació n ante rio r de evolució n independiente .

368 UPV-CPF

flohóticaj Automática

Sistem a autodidáctic o

Sistem a catadióptric o

Sistem a de c ola s

Sistem a de E/S

Sistem a he x a de c im a l

Sistem a oc t a l

Sistema s a da pt a t ivo s

Sistema s c ont inuo s

Sistem a en el qu e el program a de t ra tamient o de la informació n se e labor a y perfecc ion a en curs o de func ionamient o po r autoaprendiza j e ba j o la direcció n de un superprograma .

T rie dr o t rirec tangula r qu e refle j a la lu z en la m ism a direcció n qu e llega .

Consist e en un sist em a basad o en lo s ele¬m e nt os : c l ie nt e , c ol a y servidor .

Módul o c a pa z de acepta r señale s de lo s t ra nsduc t ore s y sum inist ra r señale s de sa lid a ha c i a lo s pre a c c iona dore s .

So n sist e m a s d e numeració n en bas e 16

So n sist e m a s de numeració n en bas e 8.

Sist e m a s qu e pose e n la capac ida d de autoco -rrecció n d e la s va ria c ione s de un a seri e de parámetros , y la de autoregulació n qu e le s pe rm it e func iona r c orre c t a m e nt e en condic io -ne s e x t e r iore s mu y dive rsa s .

So n s ist e m a s c uya s va ria ble s so n de na tura -le z a c ont inua .

Sistema s d e e ve nt o s d i s -creto s

So n s ist e m a s c uya s va ria ble s so n de na tura -le z a disc re t a .

Sistema s m onoproduc t o

Sobrerang o (T ra nsduc t o -res)

Supervisió n

Sis t e m a d e producció n en e l qu e se produc e e n se r i e un m ism o produc t o , requiriend o un a inversió n f i j a mu y a lt a . Es l a máxim a m a gnit u d d e la medid a qu e se pue d e a pl ic a r provocándol e un cambi o en su s pre st a c ione s de nt r o d e una s de te rminada s t o le ra nc ia s . En un a e st ruc t ur a d e c ont ro l mult inive l , es la pa rt e qu e l le v a a c a b o la s ta rea s de monit on -zación , diagnóstico , scheduling^êta »

Tabl a de asignació n d e variable s

Tabl a de fa se s

T a b l a dond e s e re a liz a la asignació n de va -ria ble s simbólica s o lite ra le s ut ilizada s en el m ode l o Gra fc e t a la s correspondiente s va ria -ble s de l autómat a indust ria l . Metodologí a para"eTdi¡¡ñ o de c ircuito s se

c ue nc ia le s .

UPV-CFP 369

Glosa ri o

Tabl a de ve rda d

Ta lle re s de t raba j o

Tabl a qu e represent a lo s dist int o s va lore s qu e pued e toma r un a funció n boole a n a de pe n -diend o de l va lo r de la s va ria ble s de ent rada .

Configuració n de pla nt a de producció n c a -rac te rizad a po r volúmene s d e producció n ba -jo s a medio s y un a a m pl i a ga m a de produc -t os . Tambié n de nom ina do s proceso s Jo b Shop .

Tecnologí a CMOS

Tecnologí a eléctric a

Tecnologí a de integració n electrónic a de dis -posit ivo s lógico s im ple m e nt a do s en c ircuito s int e gra dos , ba sa do s en e l t ra nsist o r MOS (Metal-Óxido-Semiconductor) .

Tecnología , en la qu e l a implementació n de su s e le m e nt o s s e re a l iz a po r m e di o d e cable s eléctricos , relés , int e rrupt ore s , e t c . .

Tecnologí a electrónic a Tecnologí a en la qu e la implementació n de su s e le m e nt o s s e re a l iz a po r m e di o de puer -t a s lógicas .

Tecnologí a neumátic a Tecnologí a e n l a qu e la implementació n de su s e le m e nt o s s e re a l iz a po r m e di o de puer -t a s lógica s neumáticas , tuberías , presosta tos , dist r ibuidore s , e t c . .

Tecnologí a T T L Tecnologí a d e integració n electrónic a de dis -posit ivo s lógico s im ple m e nt a do s en c ircuito s int e gra dos , ba sa do s e n la lógic a t ransistor -t ra nsist or .

Temporizació n a l a rranqu e | Aquéll a e n la qu e s u va r ia bl e a soc ia d a per -m a ne c e en e st a d o lógic o a lt o m ient ra s qu e se efectú a l a operació n d e temporización , pa¬sa nd o a e st a d o lógic o ba j o a l f ina liza r .

Aque l l a en la qu e s u va ria bl e asoc iad a per -m a ne c e en e st a d o lógic o ba j o m ient ra s que

Temporizació n a l re ta rd o

Temporizadore s

se efectú a la operació n d e temporizació n pasand o a e st a d o lógic o a lt o a l fina liza r .

Disposit ivo s pa r a la generació n de intervalo s de t ie m po .

370 UPV-CPF


Teorema s de Morga n

Término s "N o Importan "

Termistore s

Termopa r

Te rmosta t o

T iemp o de e st a ble c i -mient o

Teorema s aplicable s a la s func ione s boolea -na s qu e establec e qu e el complement o de la sum a es igua l a l product o de l complement o de c a d a término ; y qu e el complement o de l produc t o es igua l a la sum a de l complement o de c a d a término .

Aque llo s término s qu e se deriva n de combi -nac ione s de la s variable s de ent rad a qu e no va n produc irs e nunc a qu e sistem a c om bina c iona l no es recept iv o a dich a combi -nación .

Es un se nso r qu e cambi a su resistenc i a co n la variació n d e la t e m pe ra t ura .

Es un se nso r qu e convie rt e direc tament e un c a m bi o d e t e m pe ra t ur a en un cambi o de t e n -s ion .

Ca pt a do r bina ri o de t empe ra tura . T ie m p o qu e t a rd a e l sistem a en posic iona r su re spue st a en de t e rm ina do .

rang o de va lo r porcentua l

T iemp o de re ta rd o T ie m p o qu e t a rd a e l sist ema , debid o a inerc ia , en re sponde r fre nt e a un estímul o exterior .

Toke n Rin g Prot oc ol o c om unic a c ione s determinístic o

Tole ranc i a

Transducció n c a pa c it iv a

Transducció n e le c t rom a g -nétic a

Transducció n fotovoltáic a

Transducció n induc t iv a

ba sa d o e n pa s o d e t e st igo . Es l a variació n máxim a perm it id a en la m e di -da^ Se ba s a en la conversió n de un cambi o de la m a gni t u d a medi r en un cambi o de capac idad . Se ba s a en la conversió n de un cambi o de la m a gnit u d a medi r en un a fue rz a e lec t romot riz , de bid a a un c a m bi o en e l fluj o magnético . Se ba s a en la conversió n de un cambi o de la m a gnit u d a medi r en un cambi o en la tensió n ge ne ra d a c ua nd o la iluminació n inc ident e c a m bia . Se ba s a e n l a conversió n d e un cambi o de la m a gnit u d a medi r en un cambi o de la a ut oin -duc t a nc i a d e un devanad o único , provocad o po r e l m ovim ie nt o de un núcle o fe rromagne t i -c o .

UPV-CFP 371

Glosari o

Transducció n piezoeléctri -c a

Transducció n po r ioniza -c io n

Transducció n re luc t iv a

Transducció n re sist iv a

Se ba s a en la conversió n d e un c a m bi o de la m a gnit u d a medi r en un c a m bi o en la ca rg a electrostátic a o tensió n ge ne ra da s po r c ie rto s m a t e ria le s c ua nd o se som e t e n a un esfuerz o mecánico .

Se ba s a en la conversió n d e un c a m bi o de la m a gnit u d a medi r e n un c a m bi o en la corrient e d e ionización , sobr e un ga s , e nt r e do s e lec -t rodos .

Se ba s a e n l a conversió n d e un c a m bi o de la m a gnit u d a m e di r e n un c a m bi o en la re luc -t a nc i a de l c a m in o magnétic o e nt r e do s o más de va na dos .

Se ba s a e n l a conversió n d e un c a m bi o de la m a gni t u d a m e di r e n un c a m bi o en la resis -t e nc ia .

Transducció n termoeléc -t ric a

Se ba s a e n l a conversió n d e un c a m bi o de la m a gni t u d a m e di r e n un c a m bi o en la fuerz a e le c t rom ot r i z ge ne ra d a po r l a dife re nc i a de t e m pe ra t ura s e x ist e nt e e nt r e la s unione s de do s m a t e r ia le s dist int os. .

T ransduc to r Es un se nso r a l qu e s e le a djunt a un c ircuit o d e a c ondic iona m ie nt o d e la señal .

T ransduc to r ge ne ra do r

T ransduc to r int e ligent e

T ra nsduc t o r en e l qu e l a energí a d e sa lid a es sum inist ra d a po r l a e nt ra d a

T ra nsduc t o r qu e inc orpor a m ic roprocesador , c o n c a pa c ida d d e proc e sa m ie nt o y c om unic a -ción d e da t os .

T ra nsduc t o r modulado r T ra nsduc t o r en e l qu e l a energí a de seña l de sa l id a proc e d e mayo r pa rt e una fue nt e de energí a aux il ia r .

T ra nsduc t o r po r c om pa ra - T ra nsduc t o r c uy o func iona m ie nt o está basad o c io n en la comparació n c o n un e lement o patrón .

T ra nsduc t o r en qu e la magnit u d medid a pro -duc e algún e fec t o físic o qu e engendr a algún e fec t o sim ila r pe r o opuest o en a lgun a part e de l inst rumento .

372 UPV-CPF

Transició n

Transició n d e e st a d o

Transició n fue nt e

Transició n l ibe ra d a

Transició n sum ide r o

Se a soc i a a la ba rre r a ex istent e ent r e do s e t a pa s c onse c ut iva s y cuy o franqueamient o hac e posibl e la evolució n de l sistema .

Proces o d e c a m bi o de sd e un estad o a ot ro .

Cua nd o no está ligad a a un a e tap a anterio r

Transició n qu e ha sid o franqueada .

Cua nd o no está l iga d a a un a e tap a posterior .

Transició n va l ida d a (Gra - | Cua nd o l a e t a p a o e t a pa s precedente s están fcet ) a c t iva da s .

Transició n va l ida d a (RdP) Transició n c uyo s luga re s de ent rad a t iene n un númer o d e m a rc a s igua l o supe rio r al pes o de l a rc o .

T ransic ione s inm e dia t a s | T ra nsic ione s qu e e m ple a n un t iemp o nul o pa r a su dispa ro .

T ransic ione s po r f la nc o s | El c um pl im ie nt o d e la recept ivida d asoc iad a s e a soc i a a un c a m bi o de estad o de te rminad o d e un a va r ia ble , po r f la nc o de subid a o de ba ja da .

T ra tam ient o d e da t o s I Ope ra c ione s d e proc e sa m ie nt o qu e se lleva n a c a b o c o n lo s da t o s pa r a su presentació n m oni t or iza d a o t ra t a m ie nt o s poste riores .

Trazo s pa ra le lo s Se ut i l iza n pa r a re pre se nt a r va ria s e tapa s c uy a evolució n está c ondic iona d a po r un a m ism a transición .

Módul o de l autómat a programabl e qu e c on -t ie n e e l proc e sa do r y la memoria .

Unidade s d e c ont a do r d e | U nida de s qu e se ut il iza n par a la cuent a de señale s proc e de nt e s de disposit ivo s de ent ra -

Unida d c e nt ra l

alt a ve loc ida d d a rápida .

Unidade s d e c ont ro l d e I Pe rm it e n la generació n de t rene s de impulso s motore s pas o a pa s o pa r a e l c ont ro l de motore s pas o a paso .

Unidade s de c ont ro l PID I Son unida de s qu e pe rm ite n la implementació n d e buc le s d e c ont ro l de l t ip o proporc iona l , int egra l y de riva da -

Unidade s de ent rada s d e I Módulo s específicos~co n capac ida d de c one -termopa r xión d e va ria s ent rada s de te rmopar .

UPV-CFP 373

oiosa n o

Unidade s de interrupció n

Unidade s de servocont ro l

^ " ^ d a d e s co n disposició n de ent rada s ex terna s co n c a pa c ida d de interrupció n de l program a princ ipa l pa r a l a ejecució n de subrut inas . ^ ^ i t ^ n^ í^ n t ro l de posició n d e e jes .

res

Unidade s de t e m p ^ n ^ a ^ dispone n d e t e m poriza do -Unidade s de temponzao o | a n a | ó g ¡ c o s a j u s t a b le s e x t e rna m e nt e m e -

diant e potenciómetro . _____ Variabl e qu e sólo pue d e t om a r do s va lore s (c ie rto/fa lso ) Va riabl e qu e sólo pue d e t om a r do s va lore s (c ie rto/fa lso ) Son señale s a c t ua nt e s sobr e e l s ist e m a .

Variabl e binari a

Variabl e boolean a

Variabl e de ent rad a Variabl e de ent rad a d i -rect a

sa

Va riabl e qu e t ie n e va lo r " 1 " c ua nd o es a c t iva -da .

Variabl e de ent rad a inve r - | Va riabl e qu e t ie n e va lo r " 1 " c ua nd o es desac ¬t iva da . Va riabl e qu e e l disposit iv o d e c ont ro l e x t e r ior i -za pa r a lleva r a c a b o la s órdene s sobr e el proc e so .

Vecto r característic o

Variabl e de sa lid a (API )

V id a de c ic l o

V id a opera t iv a

VLA N WAN

Vec to r c uy a c om pone nt e j c orre spond e al númer o de ve c e s qu e ha sid o dispa ra d a la transició n T j .

Se e nt ie nd e c om o e l númer o mínim o e spe c i f i -cad o de e x c ursione s d e ra ng o c om ple t o o pa rc ia l e spe c if ic a do , sobr e la s qu e e l t ra ns -duc to r operar á si n c a m bio s e n su s prestac io ¬ne s dent r o de una s t ole ra nc ia s e spe c if ic a da s . Se ent iend e c om o el mínim o la ps o e spe c if ic a -do en e l qu e e l t ra nsduc t o r operará , c ont i -nuament e o sobr e un númer o d e c ic lo s e spe -c if ic a do , si n c a m bio s en su s característica s dent r o de una s t ole ra nc ia s e spe c if ic a da s . Very Larg e Are a Ne tw or k Wid e Are a Nf

XOR Funció n boole a n a qu e de vue lv e e l va lo r ve r -dader o cuand o un a y sólo un a d e la s ent rada s se a ve rdade ra ; y fa ls o en c a s o cont ra rio . Se denomin a funció n OR e x c lusiva .

374 UPV-CPF

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Warnock , I .G., Programmable Controllers (operation and application). Prent ice-Ha l l I nt e rna t iona l Edit ions , 1988 .

U P V - C F P 377

INDICE

A Análisi s

de automat ismo s combinac iona le s y secuenc ia les , 50

mapa s de Karnaugh , 54 métod o de Karnaug h mediant e

expresione s max te rm , 58 y síntesi s de lo s automat ismos , 41

álgebr a booleana , 41 teorema s de Morgan , 4 7

Antecedente s históricos , 5 Autómata s programable s indust ria les , 167

agresione s de l entorn o indust ria l , 185 arquitec tur a de un autómat a

programable , 171 est ruc tur a de un autómat a programabl e

indust ria l , 169 módulo s de comunicació n co n el

entorno , 179 t ipo s de c ic lo s de func ionamiento , 175 t ipo s de lengua je s de programación , 177

Automat ism o secuenc ia l , 9, 64 autómat a de Mealy , 65 autómat a de Moore , 65

B * Bu s de camp o (Fie ldbus) , 118 Buse s

espec ia lizados , 124 t ransduc tore s inte ligentes , 125

sensor-ac tuador , 123

C Captadore s bina rios , 139

de tec tore s de posició n e le c t ro -mecánicos , 146

de tec tore s de prox im ida d capac it ivos , 141 induc t ivos , 140 magnéticos , 145

de tec tore s fotoeléctricos , 142 Clasificació n tecnológica , 22

lógic a cableada , 22 lógic a programada , 2 3

Concept o CI M : automatizació n integrad a po r computador , 30

nive l 0, 31 nive l 1 , 31 nive l 2 , 31

nive l 3, 32 nive l 4, 33

Codificadore s numérico s (encoders) , 131 codif icadore s absolutos , 136 codif icadore s increméntales , 131

D Dec isione s en e l mund o de la fabricación , 14 Diseño de a ut om a t ism o s secuenc ia le s

mediant e la t a bl a de fa se s , 67 Diseño e st ruc t ura d o

diseñ o e st ruc t ura d o de lo s sistema s de c ont ro l automático , 314

introducción , 301 modo s de m a rc ha , 302 se gurida d , 307

Disposit ivo s func iona le s pa r a la automatización , 80

c om pa ra dore s , 86 c o n t a d o re s , 8 3 de de spla za m ie nt o , 8 4 de temporización , 8 2 de t e c t ore s de flanco , 8 7 ge ne ra dore s de impulso , 85 m ult ivibra dore s , 80

E ¿ ".. . > M |

Est ruc t ura s dist r ibuida s mediant e Rede s de Áre a Loc a l , 3 4

F Funda m e nt o s m ode rno s de la automática , 7

G Gra fce t , introducció n a l , 2 3 5

e je m plo s de aplicación , 2 5 2 e st ruc t ura s en e l Gra fce t , 2 4 7 Gra fce t : gráfic o de m a nd o e tap a /

transición , 2 3 5 m a c ro-re pre se nt a c ione s , 257 regla s de evolución , 2 4 5

Guía de estudi o de lo s modo s de march a y pa r o de lo s sist ema s automat izados , 323

estado s de la pa rt e de c ont rol : grup o de estado s PZ, 339

grup o A: proc e dim ie nt o s de parad a de la pa rt e ope ra t iva , 333

grup o D: proc e dim ie nt o s de fa llo s de la pa rt e ope ra t iva , 337

Indice

grup o F: proc e dim ie nt o s de func ionamiento , 3 3 0

método gene ra l de utilizació n de GEMMA, 3 2 6

princ ipale s c onc e pt os , 3 2 4

I imnlementació n de l a ut om a t ism o a pa rt i r de l

F Gra fce t , 2 6 3 ecuac ione s d e activació n / desactivació n y est ruc tura s lógicas , 2 6 9

est ra tegia s de diseñ o pa r a s is t e m a s de mayo r c om ple j ida d , 2 8 6

introducción , 2 6 3 módul o se c ue nc ia l d e e t a pa , 2 6 3 norma s e spe c ia le s d e representació n

Gra fce t , 2 7 4 obtenció n d e la s func ione s lógica s a pa r t i r

de l d ia gra m a Gra fc e t , 2 6 5 t e m poriza c ione s y c ont a dore s e n e l

Gra fce t , 2 7 9 Introducció n a la s re de s d e Pe t r i , 2 0 4

J Job Shop , 17

L Líneas de dic a da s d e a l t o vo lum e n d e

producción , 18

M Model o

de e nt ra da -sa l ida , 13

relé de enc lavamient o e l 149 Proceso s de fluj o cont inu o 16 Producció n po r lotes , 17

R Rede s de Pet ri , 204

a rc o s inhibidores , 215 c a pa c ida d de las , 216 de finic ione s de las , 204 ecuació n funda m e nt a l de las , 211 interpretació n de las , 2 3 0 m a rc a d o inva riante , 215 no-autónomas , 222 propie da de s de las , 2 1 0

Representació n de lo s automat ismos , 72

S Se nsore s y t ra nsduc t ore s , 91

calibració n estátic a de lo s t ra nsduc t ore s , 105

clasificació n de lo s t ransduc tores , 98 emisió n a dist a nc i a de medida s de

va ria ble s de un proces o indust ria l , 115 introducción , 9 1 pr inc ipio s de transducción , 92 t ra nsduc t ore s específicos , 108 t ra nsduc t ore s de t e m pe ra t ura , 110

Sist e m a s de e ve nt o s disc re tos : herramienta s d e m ode la do , 191

característica s de los , 192 e je m plo s típico s de , 196 introducció n a lo s sist ema s dinámico s

de , 191 est ruc tura l d e u n s is t e m a a ut om a t iza do , 10 Sis t e m a s de fabricación , 12

N Nivele s de automatización , 2 4

cuart o nive l , 2 9 e lementa l , 2 4 inte rmedio , 2 5 terce r nive l . 2 5

P Part e de c ont rol , 2 1 Preacc ionadore s eléctricos , 1 4 8

contac tor , e l , 151 relé, e l , 148

T Tecnologí a neumática , 152

dist r ibuido r neumático , 161 func ione s lógica s neumáticas , 153 módul o se c ue nc ia do r neumático , 154

T ipo s de disposic ione s en planta , 19

de f luj o de produc to , 20 de proc e so , 19 de posició n fija , 19 po r tecnologí a de grupo , 21

de pla nt a s de producción , 15

A35/E1 /0 0 Esta edición se terminó de imprimir en diciembre de 2000. Pu-blicada por ALFAOMEGA GRUPO EDITOR, S. A. de C.V. Apar-tado Postal 73-267, 03311, México, D.F. La impresión se rea-lizó en IMPRESORA CASTILLO HNOS., S.A. de C.V., Fresno No. 7, Col. El Manto, 09830, México, D.F.

La automatizació n de los proceso s industriale s constituy e uno de los objetivo s más importante s de las empresas ; en este libr o encontrar á un panoram a complet o sobr e la automatizació n de los proceso s industriales : dispositivo s tecnológico s utilizado s en la implementació n de los auto-matismos , tales como transductores , preaccionadores , dispositivo s fun -cionale s de aplicació n específic a (temporizadores , contadores , módulo s secuenciadores ) y los dispositivo s lógico s de contro l (autómata s progra -mables industriales) .

El diseñado r de los proceso s automatizado s tambié n debe conta r con una seri e de procedimiento s metodológico s que le permita n aborda r de una manera sistematizad a el estudi o preliminar , diseño , análisi s y mante-nimient o de esto s sistemas , por eso debe conta r con herramienta s como las tablas de Karnaugh , tabla s de fases , hast a las más potentes , redes de Petri , GRAFCET y GEMMA; toda s ellas estudiada s aquí.

Cada capítul o ha sid o estructurad o en objetivos , introducción , desarroll o del tema, un resume n del tema y las referencia s bibliográficas , además , incluy e numeroso s ejemplo s explicado s paso a paso y abundante s figura s explicativas .

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AutomatizacionProcesosIndustriales_AlfaOmega