22_Proceso Automat

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Capítulo 12
Control de proceso automatizado
mediante autómata programable
1. Conexión con el proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
 2. Control en lazo abierto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
 3. Control en lazo cerrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
 4. Tipos de procesos iniciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
 5. Proceso continuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
 6. Proceso discreto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
 7. Proceso discontinuo por lotes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
 8. Controladores secuenciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
 9. Controladores asíncronos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
10. Controlador síncrono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
11. Tipos de sistemas automáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
12. Memorias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
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Capítulo 12
Control de proceso automatizado
mediante autómata programable
1. CONEXIÓN CON EL PROCESO
La transformación de unas materias primas en un producto acabado se lleva a cabo
mediante un proceso de fabricación (En adelante proceso). Todo proceso lleva un
sistema de control, que actúa según las condiciones que los sensores indican (que
pueden ser muy variadas, como posición temperatura, cantidad, etc.). El proceso se
inicia con una orden del operario y puede acabar de forma autónoma o por nueva
orden del operario, algunos procesos se programan para que se detengan en espera
de que el operario vuelva a dar la orden de continuación, pero lo normal es que sean
los sensores los encargados de ordenar la reanudación del proceso.
Cada actuación del proceso se ejecuta con los Actuadores, que suelen estar movidos
por motores eléctricos, electroimanes, mecanismos mecánicos hidráulicos etc. 
Todo proceso requiere un control de actuación para que se inicie, se realice y se
concluya.
Hay dos formas básicas de realizar el control sobre un proceso industrial automatizado
 Control en lazo abierto
 Control en lazo cerrado
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2. CONTROL EN LAZO ABIERTO
El control en lazo abierto, se caracteriza porque la información o variables que
controlan el proceso circulan en una sola dirección, desde el sistema de control al
proceso (figura 1).
En este tipo de sistema el control no recibe la confirmación de que las acciones que
se realizan a través de los actuadores se han ejecutado correctamente.
Figura 1 CONTROL DE LAZO ABIERTO
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3. CONTROL EN LAZO CERRADO
Se denomina lazo cerrado, el control en el que existe una realimentación, a través de
los sensores, desde el proceso hacia el sistema de control que permite a este
conocer si las acciones ordenadas a los actuadores se han realizado
correctamente sobre le proceso (figura 2)
Figura 2 CONTROL DE LAZO CERRADO
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4. TIPOS DE PROCESOS INDUSTRIALES
En función de la evolución con el tiempo, los procesos industriales se pueden clasificar
en:
 Procesos continuos
 Proceso por lotes o discontinuos
 Procesos discretos
5. PROCESO CONTINUO
Un proceso continuo se caracteriza porque las materias primas están
constantemente entrando por un extremo del sistema, al mismo tiempo que en el
otro extremo se obtiene de forma continua el producto elaborado.
Un ejemplo típico de proceso continuo puede ser un sistema de calefacción para
mantener una temperatura constante en una determinada instalación industrial (figura
3). La materia prima es el aire frío y la salida el aire templado, conforme el aire de va
calentando la entrada y la salida se va modificando hasta que llega a una estabilización,
a partir de este momento, el consumo de gas decae hasta un mínimo, que dependerá
de las pérdidas de calor.
Figura 3 PROCESO CONTINUO (CONTROL DE TEMPERATURA DE UN LOCAL CERRADO)
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El sistema de control consta de un comparador que proporciona una señal de error igual
a la diferencia entre la temperatura deseada y la temperatura que realmente existe; la
señal de error se aplica al regulador que adaptará y amplificará la señal que ha de
controlar la electroválvula que permite el paso de gas hacia el quemador de la caldera.
A la vista de la instalación se destacan dos características propias de los sistemas
continuos
 El proceso se realiza durante un tiempo relativamente largo, requiere un período
de arranque y cuando se detiene su parada no es instantánea, sino que requiere
un tiempo de parada total.
 Las variables empleadas en el proceso y sistema de control son de tipo
analógico; dentro de unos límites determinados las variables pueden tomar
infinitos valores.
6. PROCESOS DISCRETOS
La materia prima sobre la que actúa el proceso es habitualmente un elemento discreto
que se trabaja de forma individual, el producto de salida se obtiene a través de una
serie de operaciones, muchas de ellas con gran similitud entre sí.
Figura 4 PROCESO DISCRETO (FABRICAR UNA PIEZA CON DOS TALADROS)
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Un ejemplo de proceso discreto es la fabricación de una pieza metálica rectangular con
dos taladros (figura 4). El proceso para obtener la pieza terminada puede
descomponerse en una serie de estados que han de realizarse secuencialmente, de
forma que para realizar un estado determinado es necesario que se haya realizado
correctamente los anteriores:
Las fases del proceso son:
 Partiendo de una pletina, se corta a la dimensión determinada la pieza necesaria.
 Transporte de la pieza hasta la taladradora.
 Realizar el primer taladro.
 Desplazar la pieza.
 Realizar el segundo taladro.
 Evacuar la pieza.
Cada una de las fases, o estados, supone a su vez una serie de activaciones y
desactivaciones de los actuadores (Motores y cilindros neumáticos) que se producirán
en función de:
 Los sensores (de posición) y los contactos auxiliares (situados en los
contactores) que activan los motores eléctricos.
 Variables que indican que se ha realizado el estado anterior.
7. PROCESO DISCONTINUO POR LOTES
Las materias primas necesarias para el proceso son cantidades diferentes de piezas
discretas de forma y constitución diferentes. Sobre este conjunto se realizan las
operaciones necesarias para producir el producto acabado, o bien obtener un producto
intermedio para ser incluido en un procesamiento posterior (figura 5).
Por ejemplo, se trata de formar un conjunto de tres piezas que se han obtenido a partir
de una serie de procesos discretos; las piezas se ensamblaráncomo se indica en la
figura 5 y una vez colocadas se roblonarán los remaches de forma que queden unidas
las piezas sin soldadura.
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Figura 5 PROCESO DISCONTINUO (PROCESO POR LOTES)
El proceso lleva las siguientes fases:
 Posicionar las dos piezas de la base.
 Posicionar la pieza de unión.
 Colocar los roblones
 Remachar la cabeza de los roblones
Estos estados, o fases, se realizan de forma secuencial, y para activar los dispositivos
encargados de posicionar las diferentes piezas serán necesarias:
 Señales de sensores.
 Variables de los estados anteriores.
Tradicionalmente, el concepto de automatización industrial se ha ligado a la aplicación
de los sistemas de control discreto y procesos por lotes, dejando los procesos continuos
a la regulación automática o servomecanismos. Los autómatas programables tienen su
aplicación principal en los procesos discretos y discontinuos.
8. CONTROLADORES SECUENCIALES
Se puede comprobar que los procesos discretos y discontinuos, tienen una gran
similitud entre sí. Ambos procesos pueden controlarse mediante con el mismo sistema
de control, que, debido a su forma de actuar recibe el nombre de controlador
secuencial.
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De forma resumida las características de los procesos secuenciales son:
 El proceso se puede descomponer en una serie de estados que se activen de
forma secuencial (variables internas).
 Cada uno de los estados cuando está activo realiza una serie de acciones sobre
los actuadores (variables de salida).
 Las señales procedentes de los sensores controlan la transición entre los
estados (variables de entrada).
 Los tres tipos de variables empleadas en el proceso son múltiples y
generalmente de tipo discreto, solo toman dos valores: activado o desactivado.
Por ejemplo un motor solo puede estar funcionando o parado.
En función de como se realice la transición entre estados, los controladores
secuenciales pueden ser de dos tipos:
 Controladores secuenciales asíncronos
 Controladores secuenciales síncronos
9. CONTROLADORES ASÍNCRONOS
La transición entre dos estados se produce en el mismo instante en que se produce
una variación de las variables de entrada.
Figura 6 CONTROLADOR SECUENCIAL ASÍNCRONO
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En la figura 6, se representa el control de un proceso mediante un controlador
asíncrono, formado por un circuito combinacional que determina las acciones a realizar
sobre el proceso, en función de las entradas procedentes de los sensores y de las
variables asociadas a estados anteriores que sé realimentan a través de las células de
memoria.
10. CONTROLADOR SÍNCRONO 
La transición a un estado determinado se produce en función de las variables de
entrada y de las variables asociadas al estado anterior. Las variables de entrada y la
variable interna (asociada al estado anterior) están sincronizadas mediante una señal
de reloj de frecuencia fija, de forma que la transición entre estados sólo se produce
por una señal del reloj (figura 7)
Las células de memoria que almacenan las variables de entrada se activan todas, de
forma conjunta con la señal de reloj, permitiendo el paso al circuito combinacional de
las Xn variables, las células que almacenan las variables asociadas a los estados se
activan mediante la señal del contador de forma individual; a cada impulso de la señal
de reloj el contador se incrementa en una unidad permitiendo el acceso de una sola
célula.
Figura 7 CONTROLADOR DE SECUENCIA SÍNCRONO
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La presencia de la variable de entrada y la variable interna en la entrada del circuito
combinado permite la activación de las variables de salida asociadas al estado activo.
Este tipo de secuenciadores necesita para comenzar la secuencia entre estados la
activación del primer estado E0.
Los dos tipos de controladores descritos pueden construirse empleando lógica
cableada y elementos discretos de tecnología electrónica, eléctrica o neumática. El
único requisito que tendría que cumplir el controlador sería que el tiempo que necesita
el circuito combinacional para tomar decisiones (ciclo de trabajo), en función de las
variables de entrada y estados anteriores, tendría que ser mucho menor que el tiempo
de evolución del proceso.
Al emplear lógica cableada, la configuración del circuito combinacional y las
operaciones lógicas que ha de realizar, depende de las cantidades de variables
necesarias para controlar el proceso (variable de entrada y salida) y del número de
estados en los que se desglosa (variables internas). Una modificación del proceso que
supone una modificación en el número de variables anteriores o en su orden de
actuación, significa diseñar de nuevo un controlador secuencial.
Todos estos inconvenientes quedan resueltos utilizando la lógica programada. Con lo
que cualquier variación, se hará mediante instrucciones de un lenguaje adecuado.
11. TIPOS DE SISTEMAS AUTOMÁTICOS
Automatismos mecánicos. Son los más antiguos, se siguen utilizando, pero cada vez
menos. Realizados con piezas mecánicas, como ruedas dentadas, bielas, palancas etc.
No permiten controles en lazo cerrado.
Automatismos eléctricos. Constan de los siguientes elementos:
 Temporizadores, relés, contactos (sistema de control).
 Contactores (Preaccionadores).
 Motores (actuadores).
 Interruptores de posición, células, detectores, etc. (Sensores).
 Pulsadores e interruptores (Accionado por el operario)
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FIGURA 8 RELÉ REGULADOR PARA CALEFACCIÓN
FIGURA 9 RELÉ TEMPORIZADO
Automatismos electrónicos. Utiliza todos los elementos eléctricos y además:
 Operadores lógicos, memorias, contadores; no son programables y están
diseñados para una sola tarea.
 Miniordenadores, autómatas programables, microprocesador; Sirven para variar
las tareas y tienen que ser programados.
FIGURA 10 INTERRUPTOR HORARIO PARA CUATRO ACTUACIONES
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FIGURA 11 MODEM PARA CONECTAR POR TELÉFONO CON UN SISTEMA INTELIGENTE
Automatismos neumáticos. Formados por:
 Células neumáticas, temporizadores, secuanciadores. Con ellos se forma el
sistema de control.
 Distribuidores monoestables y biestables, son los preactuadores.
 Cilindros de doble efecto y de simple efecto, son los actuadores del proceso.
 Interruptores de posición neumáticos, vacuostatos, captadores de caída de
presión, que actúan como sensores.
 El operario en vez de actuar en un sistema eléctrico aquí opera con elementos
neumáticos.
Electroneumáticos.
Presentan las ventajas de los sistemas eléctricos y electrónicos además de los
neumáticos. Haciéndose la adaptación de uno a otro mediante electroválvulas. Solo los
preactuadores y actuadores son de tipo neumáticos.
FIGURA 12 ELECTROVÁLVULAS
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12. MEMORIAS
La memoria es el dispositivo electrónico que almacena información. Las memorias
pueden ser grabadas y borradas, en el cuadro que sigue se detallan las distintas
memorias y sus características más sobresalientes.
Nombre Características Por corte de corriente
RAM Memoria de escritura lectura con acceso libre Se borra 
el programa
ROM Memoria de valores fijos. Sólo lectura sobre la memoria Conserva
 el programa
PROM Memoria programable con valores fijos Conserva 
el programa
EPROM Memoria modificable con valores fijos Conservael programa
RPROM Memoria reprogramable con valores fijos Conserva 
el programa
EEPROM Memoria de valores fijos que pueden modificarse
eléctricamente
Conserva
el programa
EAROM Memoria de valores fijos que pueden modificarse
eléctricamente
Conserva
el programa
LIFO Memoria de almacenamiento. Gestionan entrada y salidas
de información
Se borra
 el programa
Cuadro 1. TIPOS DE MEMORIAS
Programa es el conjunto de instrucciones que se da a un autómata o calculador, en un
lenguaje determinado para la ejecución de un automatismo, cálculo, etc.
Lenguaje es la forma de comunicarse con la máquina para que esta ejecute una
acción, los principales lenguajes son entre otros: ADA, BASIC, COBOL, FORTRAM,
FORTH, LOGO, LOTUS etc.
Sofware. Son los programas escritos en el lenguaje que entiende la máquina, ya sea
por el usuario o por empresas informáticas.
Hardware. Se llama dispositivo Hardware, a los circuitos electrónicos y a los elementos
físicos que forman el conjunto del autómata, ordenador o calculadora.
Periféricos. Son los elementos exteriores del ordenador, que están en comunicación
directa con él (Teclado, Pantalla, Impresora, etc.)
Bus. Es el conjunto de líneas de conexiones que unen los diferentes dispositivos
electrónicos del autómata.