Sistemas automáticos industriales de eventos discretos /
Saturnino Soria Tello
- 1ra ed.
- México : Alfaomega, 2013
- 789 p. : il. ; 23 cm
Incluye bibliografía
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS AUTOMÁTICOS INDUSTRIALES 1.1 Introducción: Tipos de sistemas automáticos. Lazos de control 1.1.1 Sistema de lazo abierto discreto 1.1.2 Sistema de lazo cerrado discreto 1.1.3 Sistema de lazo cerrado analógico 1.2 Sistemas de eventos discretos 1.3 Sistemas combinacionales y secuenciales 1.3.1 Sistemas combinacionales 1.3.2 Sistemas secuenciales 1.4 Reconversión de equipo 1.4.1 Estudio de factibilidad Factibilidad técnica Factibilidad de diseño Tiempo de diseño e implementación 1.5 Costo-beneficio Procesos manuales 1.6 Retorno de la inversión 1.7 Preguntas de estudio CAPÍTULO 2. SISTEMAS AUTOMÁTICOS CON BASE EN RELEVADORES 2.1 Introducción 2.2 Relevadores de control y de potencia 2.2.1 Relevador electromecánico Relevador detector de fases y secuencia Relevador de sobrecarga Relevador electromecánico de control Efecto del viaje de los contactos de un relevador 2.2.2 El relevador de potencia o contactor 2.2.3 Relevador operado por tiempo Solución de sistemas automáticos con base en relevadores Funciones lógicas con relevadores 2.3.1 Sistema combinacional con base en relevadores 2.3.2 Sistema secuencial con base en relevadores 2.4 Desventajas de los sistemas con base en relevadores Funciones lógicas con relevadores 2.5 Preguntas de estudio CAPÍTULO 3. CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE (PLC) 3.1 Introducción 3.1.1 Ventajas de los sistemas automáticos industriales (SAI) con base en PLC 3.2 Estructura interna de un PLC PLC del tipo compacto Controles modulares Unidad central de procesamiento (CPU) Tiempo de scan Diagnóstico interno Barrido de entradas Ejecución de la lógica Barrido de salidas Fuente de voltaje (PS) 3.3 Módulo de entradas discretas Módulos de entrada de VCD Módulos de entrada positiva de VCD (sink) Módulos de entrada de VCD tipo SOURCE Módulos de entrada de VCA 3.4 Módulo de salidas discretas Módulo de salida de VCD Módulo de salida de VCA Módulo de salida tipo relevador 3.5 Comunicaciones con el PLC Interfase de programación y computadora personal 3.6 Tipos de programación 3.6.1 Programación con instrucciones 3.6.2 Programación con funciones lógicas 3.6.3 Programación con lógica de contactos 3.7 Selección del PLC 95 Selección del PLC 3.8 Preguntas de estudio CAPÍTULO 4. SISTEMAS AUTOMÁTICOS BASADOS EN FUNCIONES LÓGICAS 4.1 Introducción Niveles lógicos 4.2 Introducción a las funciones lógicas Tablas de verdad 4.2.1 Función lógica AND (Y) 4.2.2 Función lógica OR (O) 4.2.3 Función lógica NOT (NO) 4.3 Ecuaciones de sistemas combinacionales Tabla de verdad de un sistema combinacional 4.3.1 Número de combinaciones del sistema Ecuaciones del sistema 4.3.2 Programa con el software del PLC Crouzet Simulación con el programa Crouzet 4.4 Ecuaciones de sistemas secuenciales 4.4.1 Método de “un estado de memoria” Tabla de estado 121 Estado Representación de funciones lógicas con lógica de contactos Función lógica AND con circuito de lógica de contactos Función lógica OR con circuito de lógica de contactos Función lógica NOT con circuito de lógica de contactos Ecuaciones de sistemas automáticos con circuitos de lógica de contactos Álgebra booleana Teoremas de álgebra booleana Teoremas con múltiples variables 4.5 Preguntas y problemas de estudio Problemas CAPÍTULO 5. MÉTODO DE “LA MEMORIA INTERNA” 5.1 Introducción 5.1.1 Límites de aplicación 5.2 Método de “la memoria interna” 5.2.1 Memoria interna 5.2.2 Metodología de la memoria interna 5.2.2.1 Tabla natural del proceso 5.2.2.2 Tabla de memorias 5.3 Ecuaciones de las memorias 5.4 Ecuaciones de las variables de salida 5.4.1 Estados aislados Estado aislado en el estado inicial 5.4.2 Estados compartidos Obtención de las ecuaciones de las variables de salida Reducción de memorias por límite de valores de la función de salida Representación por diagrama de estados 5.5 Aplicación del diagrama de estados Ecuación de la función de salida 5.6 Lógica de contactos con ecuaciones Ecuaciones de memorias con lógica de contactos Diagrama de lógica de contactos para VS1 Diagrama de lógica de contactos de VS2 Diagrama de lógica de contactos de VSn Diagrama de lógica de contactos de VSn Diagrama de lógica de contactos de los dos ejemplos resueltos Sistemas con bifurcaciones y retroceso a estados inmediatos anteriores 5.7 Ejercicios resueltos 5.8 Simulación con el software FluidSIM-P™ de FESTO 5.9 Ejercicios de estudio CAPÍTULO 6. SISTEMAS SECUENCIALES NEUMÁTICOS 6.1 Introducción Propiedades físicas del aire Compresibilidad Elasticidad Expansibilidad Seguridad Simplicidad en el diseño y control 6.2 Sistema de generación de aire comprimido Compresor Desplazamiento Positivo Desplazamiento Dinámico: Enfriador posterior Tanque acumulador de presión Secador de aire Red de generación de aire comprimido 6.3 Sistemas automáticos neumáticos Estructura de un sistema secuencial neumático 6.4 Elementos final de control 6.4.1 Actuadores de movimiento lineal Actuador lineal de simple efecto Actuador lineal de doble efecto Diagrama espacio-fase 6.4.2 Actuadores de movimiento giratorio 6.4.3 Actuador oscilatorio 6.5 Elementos de ganancia Válvula de Control de Flujo Variable Bidireccional Válvula de Control de Flujo Unidireccional Control de Velocidad por el Aire de Entrada Control de Velocidad por el Aire de Salida 6.6 Elementos de procesamiento Válvulas direccionales Posiciones Vías Tipos de piloto Piloto neumático en A y retorno por resorte en B Pilotos neumáticos en A y en B Estructura de una válvula direccional Configuración de válvulas direccionales Válvula 5/2 Diagrama de mando de válvulas 4/2 y 5/2 Válvula 4/3 y 5/3 Válvula 3/2 Válvulas de simultaneidad Válvula selectora de circuitos 6.7 Dispositivos de entrada 6.8 Válvulas de retardo de tiempo y contador neumático Válvula de tiempo Diagrama espacio-tiempo Contador neumático 6.9 Sistemas de vacío Principio de funcionamiento de un Venturi 6.10 Diseño de sistemas secuenciales neumáticos Representación mediante vectores de desplazamiento Representación abreviada con signos 6.10.1 Diagrama de funcionamiento Representación de un diagrama de funcionamiento con ecuaciones lógicas 6.11 Multiplicación y suma de funciones neumáticas discretas Multiplicación lógica de funciones neumáticas Sumatoria lógica de funciones neumáticas Ejemplos de ecuaciones lógicas en funciones neumáticas 6.12 Diseño de un automatismo neumático con métodos analíticos Lista de partes Ecuaciones del sistema Método de ubicación de pulso único (PU) Ecuación de VP2 Ecuaciones de las válvulas auxiliares Diagrama de conexiones neumáticas Método memorización de pulsos de dos variables (MP) Lista de partes Ecuaciones del sistema Ecuación de VP1 Ecuación de VP2 291 Ecuaciones de las válvulas auxiliares Diagrama de conexiones neumáticas Método “memoria de estado (ME)” Diagrama de funcionamiento aplicando el método memoria de estado Ecuaciones del sistema Ecuación de VP1 Ecuación de VP2 Ecuación de Vx1 Ecuación de Vx2 Diagrama de conexiones neumáticas Diagrama de funcionamiento y lista de partes Sistema secuencial neumático con retardo de tiempo Diagrama de funcionamiento Ecuaciones del sistema Ecuaciones de las válvulas principales Ecuaciones de las válvulas auxiliares Diagrama de conexiones neumáticas Sistema secuencial neumático con contador de eventos Diagrama natural del proceso Aplicación de método de trabajo Ecuaciones del sistema Diagrama de conexiones neumáticas Manipulación de objetos mediante sistemas de vacío Diagrama de funcionamiento aplicando algún método de trabajo Ecuaciones del sistema Diagrama de conexiones neumáticas Diagrama de funcionamiento y lista de partes 6.13 Ejemplos resueltos de sistemas secuenciales neumáticos Esquemático del sistema de traslado de producto Ecuaciones del sistema Ecuaciones de las memorias o válvulas auxiliares (Vx) Ecuaciones de los temporizadores Diagrama de funcionamiento aplicando el método ME Ecuaciones del sistema Diagrama de funcionamiento aplicando el método ME Ecuaciones del sistema Diagrama de conexiones neumáticas Diagrama de funcionamiento y lista de partes 6.14 Preguntas y ejercicios de estudio Ejercicios propuestos CAPÍTULO 7. SENSORES DE COMPORTAMIENTO DISCRETO 7.1 Introducción 7.2 Transductores Transductores de desplazamiento Transductores de presión o fuerza Transductores de velocidad Transductores de temperatura 7.3 Sensores de comportamiento discreto 7.3.1 Sensores de objetos por contacto Aplicaciones Sensores de variables físicas por contacto 7.3.2 Sensores de proximidad del tipo discretos Características y especificaciones de los sensores discretos Histéresis Repetibilidad 7.4 Sensores de detección magnética 7.5 Sensores inductivos Estructura Principio de funcionamiento Diseño blindado Diseño no blindado Factor de reducción Símbolo Aplicaciones 7.6 Sensores capaciti vos Principio de operación Diseño blindado Diseño no blindado Símbolo Aplicaciones industriales Factor de reducción 7.7 Sensores ópticos Estructura Fuente de luz Detector de luz Lentes Circuito lógico Salida 7.7.1 Tipos de sensores ópticos Sensor de haz transmitido Aplicación del sensor Sensor retrorreflectivo Aplicación del sensor Sensor del tipo difuso Aplicación del sensor Símbolo 385 Factor de reducción 7.8 Salidas PNP y NPN en sensores de corriente directa Sensor con salida PNP Sensor con salida NPN Tipos de conexiones eléctricas en sensores Sensores de dos hilos 388 Sensores de tres y cuatro hilos Conexión en serie de sensores 389 Conexión en paralelo de sensores Conexión de un sensor como entrada a un PLC 391 Entradas Sink / Source 7.9 Ejercicios resueltos 7.10 Preguntas y ejercicios para estudio CAPÍTULO 8. SISTEMAS SECUENCIALES BASADOS EN LA FUNCIÓN TIEMPO Y CONTEO 8.1 Introducción 8.2 Funciones de tiempo Estructura de un temporizador electromecánico Temporizador con retardo al encendido (TON) Modo de operación Diagrama de tiempos Temporizador con retardo para apagar (tof) Modo de operación 8.3 Instrucción de tiempo en el PLC Siemens Temporizador TON retentivo (R) Representación con el diagrama de tiempos Identificando un método 413 Ecuaciones lógicas del sistema Diagrama de lógica de contactos Programa para el PLC Siemens 8.4 Función contador Función contadora con el PLC Siemens Contador ascendente/descendente (CTUD) 8.5 Funciones de comparación de valores numéricos 8.6 Ajuste de valores preestablecidos mediante una HMI Aplicación de la TD 200 de Siemens 8.7 Sistemas secuenciales basados en las funciones de tiempo y conteo Ecuaciones del sistema Ecuaciones de los temporizadores Ecuación del contador Ecuación de la función de salida Diagrama de lógica escalera para los mensajes Mensajes Diagrama de flujo de los mensajes Diagrama de lógica escalera Mensajes Diagrama de flujo de los mensajes Diagrama de lógica escalera Diagrama de conexiones eléctricas 8.8 Sistemas automáticos del tipo industrial Cronograma de las funciones Diagrama de flujo de los mensajes Diagrama de flujo de la secuencia Diagrama de lógica escalera Sistema de alarmas Ecuaciones para alarma 1 (AL1) Ecuaciones para alarma 2 Ecuaciones para alarma 3 Funciones de salida Desplegado de mensajes Diagrama de lógica de contactos Etapa de subrutinas 8.9 Preguntas y ejercicios de estudio Preguntas Problemas CAPÍTULO 9. TEMPORIZADORES EN CASCADA 9.1 Introducción Límites de aplicación del método 9.2 Estructura del método de temporizadores en cascada Simbología del método Conector de enlace Función de entrada, suma y multiplicación Funciones de tiempo, salida y memoria Cuadrante de contactos de “Temporizadores en Cascada” 9.3 Gráfico de un sistema en cascada con una línea principal Gráfico de sistema sin retroalimentación en lazo 9.3.1 Gráfico de un sistema con n temporizadores y q funciones Gráfico con una función de salida (F1) Gráfico de sistema con retroalimentación en lazo 9.4 Sistema con una línea principal de tiempos 9.4.1 Ubicación de un conector de enlace horizontal 9.4.2 Conector de enlace vertical 9.4.3 Conector de enlace con varias direcciones en su trayectoria 9.4.4 Conector de enlace en el cuarto cuadrante 9.4.5 Ecuaciones de las variables lógicas del sistema Ecuaciones lógicas de las funciones de salida Ecuaciones de las funciones de tiempo 9.5 Cálculos requeridos en un sistema con una línea principal 9.5.1 Cálculo del tiempo de encendido de las funciones de salida 9.6 Sistemas con una línea principal y subrutinas de tiempos Cálculo de PT2 y PT4 9.7 Funciones de salida localizadas en una subrutina Diagrama de lógica de contactos para el PLC Siemens 9.8 Subrutinas que dependen de dos temporizadores no subsecuentes 9.9 Sistema de temporizadores con m ramales 9.9.1 Operaciones de suma y multiplicación en un sistema secuencial Multiplicación Suma Cálculo de tiempo para el ramal 1 9.9.2 Cálculo del tiempo de ciclo de un sistema con m ramales y línea principal Resultado del ramal 1 Resultado del ramal 2 Resultado del ramal 3 9.9.3 Sistema con q funciones de salida y m ramales 9.9.3.1 Función dependiente de temporizadores localizados en la línea principal (F1,b0) Tiempo de operación de la función F1,b0 9.9.3.2 Función dependiente de temporizadores localizados en uno o varios ramales (Fq,Rm) 9.9.3.3 Función dependiente de temporizadores localizados en ramal y línea principal (Fq,Rm) Tiempo de operación de la función F1,R2 en el ramal 1 9.9.3.4 Función dependiente de temporizadores localizados en un ramal (encendido) y línea principal (apagado) (Fq,Rm) Ecuaciones de temporizadores Función localizada en la línea principal Función dependiente de línea principal y ramales Funciones dependientes de ramales 584 9.10 Funciones de entrada como condiciones externas de operación Ecuaciones de las funciones de salida 9.11 Memorias y temporizadores 9.12 Ejercicios resueltos Desplegado de mensajes 9.13 Problemas y preguntas CAPÍTULO 10. SISTEMAS SECUENCIALES ELECTRONEUMÁTICOS INDUSTRIALES 10.1 Introducción Circuito eléctrico Circuito neumático 10.2 Elementos de control de un sistema secuencial electroneumático Dispositivos de entrada Dispositivos de procesamiento Dispositivos de salida 10.3 Tipos de mandos en sistemas secuenciales electroneumáticos Válvula del tipo monoestable Válvula del tipo biestable Válvula de tres posiciones 10.4 Diseño del diagrama de funcionamiento de un sistema electroneumático Selección de válvulas direccionales 10.5 Ecuaciones lógicas de un sistema electroneumático 10.6 Método de la memoria de estado en automatismos electroneumáticos 10.7 El presostato y vacuostato en un automatismo electroneumático 10.7.1 Presostato 10.7.2 Vacuostato 10.8 Temporizadores en cascada en un automatismo electroneumático 10.9 Contadores en un automatismo electroneumático 10.10 Aplicaciones industriales 10.11 Ejercicios a resolver CAPÍTULO 11. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS ELECTROHIDRÁULICOS 11.1 Introducción 11.1.1 Verificaciones periódicas en sistemas hidráulicos 11.1.2 Elementos de control de un sistema secuencial electrohidráulico Circuito eléctrico Circuito hidráulico 11.2 Tipos de bombas hidráulicas Bombas de engranes Bombas de pistones Bombas de paletas 11.3 Tipos de mandos en sistemas secuenciales electrohidráulicos Válvula del tipo monoestable Válvula del tipo biestable Válvula de tres posiciones 11.4 Diagrama de funcionamiento en un sistema electrohidráulico Ecuaciones del sistema 11.5 Método temporizadores en cascada aplicado a sistemas electrohidráulicos Ejemplos a partir del diagrama de funcionamiento CAPÍTULO 12. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS ANALÓGICOS 12.1 Introducción 12.2 Clasificación de señales 12.2.1 De acuerdo a la naturaleza de la variable 12.2.2 Señales estocásticas y señales deterministas 12.2.3 Señales digitales y señales analógicas Clasificación de las señales de acuerdo a su naturaleza temporal Clasificación de las señales de acuerdo a su naturaleza en magnitud 12.3 Atributos de una señal analógica 12.4 Sistemas 12.5 Procesamiento analógico de una señal analógica 12.5.1 El amplificador operacional 12.5.2 Op amp en lazo abierto 12.5.3 Op amp en lazo cerrado Amplificador inversor Amplificador no inversor Buffer o Seguidor Amplificador Diferenciador Amplificador de instrumentación Derivador e Integrador 12.6 Procesamiento digital de una señal analógica 12.6.1 Convertidor AD12.6.3 Errores en el cuantificador 12.6.4 Convertidor de aproximaciones sucesivas 12.6.5 Convertidor tipo flash 12.6.6 Convertidor DA 12.6.6.1 Convertidor R-2R 12.7 Módulos analógicos de la familia S7-200 12.7.1 Módulos analógicos en el S7-200 - CPU 22X 12.7.2 Direccionamiento Direccionamiento de un dato analógico 12.7.3 Codificación 12.7.4 Especificaciones de los módulos analógicos 12.7.5 Configuración y calibración de los módulos de entrada 12.7.6 Diagramas de conexión Conexión de una salida Entrada no usada 12.8 Ejemplos 12.8.1 Primer ejemplo: Prueba del módulo analógico 12.8.2 Ejemplo 2: Alarmas 12.8.3 El concepto de escala Escala 12.8.4 Control de velocidad de conveyor 12.8.5 Control ON-OFF 12.9 Control en lazo cerrado 12.9.1 El control proporcional 12.9.2 El control proporcional más integral 12.9.3 El control proporcional + integral + derivativo 12.10 Control PID implementado con el S7-20 Ejemplo de uso del asistente para configurar instrucción PID 780 12.11 Sintonización 12.11.1 Reglas de sintonización de Zeiger-Nichols 12.11.2 Sintonización de PID en MicroWin