Sistemas de

adquisición de datos

Muestreo,

retenedor y

convertidor

A/D

Computadora

digital

Convertidor

digital a

analógico

D/A

Circuito

retenedor

Actuador Planta o

proceso

Transductor

Estructura de un controlador digital

Muestreo y retenedor. Es un circuito que recibe como entrada una señal

analógica y mantiene esa señal durante un período de tiempo suficiente para

ser utilizada como entrada al convertido A/D.

Convertidor analógico-digital (A/D). Es un dispositivo que convierte una señal

analógica a una señal digital. Usualmente es un señal de codificada

numéricamente propicia para su manipulación en un dispositivo digital (PC).

Sistemas de control en tiempo discreto

Estructura de un controlador digital

Computadora digital . Es donde se realiza la manipulación numérica

necesaria para proveer un algoritmo de control. Es el “cerebro” del

controlador digital. Recibe una señal codificada del A/D, realiza cálculos y

ofrece una acción de control con datos codificados que posteriormente se

transforman en una señal física adecuada al sistema.

Convertidor digital-analógico (D/A). Es un dispositivo que convierte una señal

digital a una señal analógica. La señal de codificada proveniente del

controlador digital se transforma en una señal física propicia para su

utilización en el sistema.

Circuito retenedor. La señal física del convertidor D/A generalmente muestra

una serie de discontinuidades, el circuito retenedor se encarga de

“suavizarlas” generando una señal menos discontinua y más adecuada para

el sistema a controlar. El retenedor más popular en sistemas de control es el

retenedor de orden cero, el cual solo mantiene el valor constante hasta el

próximo valor de la señal del D/A.

Sistemas de control en tiempo discreto

Estructura de un controlador digital

Actuador. La señal de salida del retenedor en su gran mayoría no es una

señal adecuada para ser introducida al sistema. Ya sea por la cantidad de

potencia requerida o por el tipo de variable de entrada al sistema. El

actuador es la unión final entre la señal de control y el sistema a controlar.

En este caso, es el encargado de manipular la variable física de entrada al

sistema por medio de la acción de control que viene desde el controlador

digital.

Planta o proceso. Es el sujeto a ser controlado. Generalmente un conjunto

de partes que funcionan de manera conjunta para llevar a cabo un objetivo

común. Es de naturaleza “analógica”.

Transductor. Es un dispositivo que convierte una señal de entrada a otra

señal de naturaleza diferente. En este esquema, se utiliza para transformar

la señal de salida del sistema a controlar en una señal adecuada para ser

introducida al algoritmo de control.

Sistemas de control en tiempo discreto

Transductor AmplificadorFiltro

paso-bajas

Multiplexor

analógico

Muestreador

y retenedor

Convertidor

A/D

Variables

físicas

Registro

De-

multiplexorConvertidor

D/ARetenedor

Al

actuador

Controlador

digital

Sistema de adquisición y distribución de datos.

Adquisición y distribución de datos.

Sistemas de control en tiempo discreto

Tipo de señales

Señales continuas en el tiempo. Son

señales definidas sobre un rango continuo

de tiempo, la amplitud puede asumir un

rango continuo de valores o un número finito

de distintos valores.

Señales analógicas. Están definidas sobre

un rango continuo de tiempo y un rango

continuo de amplitud.

Señales continuas en el tiempo y

cuantizadas en amplitud. Es una señal

definida sobre un rango continuo de tiempo

con un conjunto de valores finitos en la

amplitud.

t

)(tx

)(tx

t

Sistemas de control en tiempo discreto

Señales de tiempo discreto. Es una señal

definida sobre sobre instantes discretos de

tiempo, es decir la variable t es cuantizada.

Si la amplitud de la señal puede asumir un

rango continuo de valores, entonces la señal

es llamada señal de muestreo.

Señal digital. Es una señal definida sobre

instantes discretos en tiempo y amplitud. El

uso de controladores digitales requiere la

cuantización de señales en tiempo y

amplitud. Este tipo de señales puede ser

representada por una secuencia de

números, por ejemplo números binarios.

)(tx

)(tx

t

t

Sistemas de control en tiempo discreto

PLC, (Programmable Logic Controller)

Su historia se remonta a finales de la década de 1960

Los PLC fueron inventados en respuesta a las necesidades de

la industria automotriz norteamericana por el ingeniero

Estadounidense Dick Morley.,

En 1968 GM Hydramatic (la división de transmisiones automáticas

de General Motors) ofertó un concurso para una propuesta del

reemplazo electrónico de los sistemas cableados.

SEÑALES FÍSICAS

La velocidad, temperatura, presión, caudal; son señales continuas en el

tiempo (o sea que no se interrumpen en ningún momento). A este tipo de

señales se las denomina : “SEÑALES ANALÓGICAS”

Cuando la señal depende de un evento, como por ejemplo presionar la

llave de luz (existe o no existe). A estas se las llaman: “SEÑALES

DIGITALES”

SEÑAL ELÉCTRICA - SENSORES

•Los sensores convierten las

señales físicas de distintas

naturalezas, en señales

eléctricas (de tensión “Volt” o

corriente “Amperes”)

EJEMPLOS

El caudalimetro mide el caudal de la tubería y

convierte esa información en una señal

eléctrica proporcional. Señal ANALOGÍCA

El sensor inductivo detecta o no la presencia

de un metal y envía una señal constante de

tensión (24V ó 0V). Señal DIGITAL

NUMERACION BINARIA

S0

+24V

LÓGICO01

UN BIT

0

1 Alto

Bajo

QUE ES UN PLC

UN CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ES:

•Un equipo electrónico, basado en un microprocesador o

microcontrolador, que tiene generalmente una configuración

modular, puede programarse en lenguaje no informático y esta

diseñado para controlar procesos en tiempo real y en ambiente

agresivo (ambiente industrial).

CLASIFICACION DE LOS PLC:

ESTRUCTURA COMPACTA:

En un solo bloque todos sus elementos: fuente de

alimentación, CPU, memorias de entradas/salidas, etc.

Aplicaciones en el que el número de entradas/salidas es

pequeño, poco variable y conocido a priori.

Carcasa de carácter estanco, que permite su empleo en

ambientes industrialmente especialmente hostiles.

Estructura modular:

Permite adaptarse a las necesidades del diseño, y a las

posteriores actualizaciones. Configuración del sistema

variable.

Funcionamiento parcial del sistema frente a averías

localizadas, y una rápida reparación con la simple sustitución

de los módulos averiados.

El esquema de un proceso controlado por PLC es el siguiente:

ACTUADORES PROCESOSENSORES

SALIDAS PLC ENTRADAS

Control Continuo

La variable controlada, toma valores en un rango continuo, se

mide y se actúa continuamente sobre un rango de valores

del actuador

Variable

Manipulada

Variable

Controlada Referencia

LT LC

Perturbación

Control discreto

Detector de máxima

y mínima altura

Electroválvula

ON/OFF

Relé

Las variables solo

admiten un conjunto

de estados finitos

Diagramas de proceso P&I

Instrumentos de

medida y regulación

representados por

círculos con

números y letras

Unidades de proceso

y actuadores

representados con

simbolos especiales

Lineas de conexión

LT

102

LC

102

qa

Control de flujo

FCwu

Control de nivel

q

LC

w

u

LT

qi

h

Control de temperatura

Medir

Comparar

Decidir

Actuar

DIAGRAMA DE BLOQUES

ProcesoControladoruw y

SP CV

PV

v

MV

OP

DV

Implementación

Tecnologías:

Neumática

Electrónica

Digital

Controladores de lazo (PID)

Autómatas (PLC)

Sistemas de Control Distribuido (DCS)

Control por ordenador (PC)

EL REGULADOR PID

regulador basado en señal, no incorpora

conocimiento explícito del proceso

3 parámetros de sintonia Kp, Ti, Td

diversas modificaciones

e t w t y t

u t K e tT

e d Tde

dtp

i

d

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

1

Señales normalizadas

ProcesoControlador

Transmisor

Actuadorw u y

4-20 mA

4-20 mA

SP 45

PV 45.5

4-20 mAdel

transmisor

4-20 mA al

actuador

M

V

38

Controladores

Proceso

w ue+

-

Transmisor

edt

T

1eKu

i

p

y

Actuadory

Controlador PI

Panel de

control

Sala de Control

4 – 20 mA

Campo

Operación

Control por computador

ProcesoMicroprocesador AO

AIT

y(kT)

u(kT)

T periodo de muestreo

Potencia, Ethernet AI AO Controlador DI DO

Arquitecturas

HART I/O

H1

AS-i

DeviceNet/Profibus

Diagnosis, configuration

Estructura Modular

COMPONENTES DE UN PLC

ENTRADABLOQUE

DE

ENTRADAS

CPUBLOQUE

DE

SALIDASSALIDA

Unidad central de proceso (CPU)

Este bloque es el cerebro del autómata.

Su función es interpretar las instrucciones del

programa de usuario y en función de las

entradas, activar las salidas deseadas

Bloque de salidas

Decodifica las señales procedentes de la CPU, las

amplifica y las envía a los dispositivos de salida o

actuadotes, como lámparas, relees, contactares,

arrancadores, electro válvulas, etc.

Bloque de entradasAdapta y codifica de forma comprensible para la CPU las señales

procedentes de los dispositivos de entrada o captadores, como

por ejemplo, pulsadores, finales de carrera, sensores, etc.

Misión: proteger los circuitos internos del autómata,

proporcionado una separación eléctrica entre estos y los

captadores.

BLOQUES NECESARIOS PARA EL

FUNCIONAMIENTO DEL PLC

Fuente de alimentación

A partir de una tensión exterior proporciona las

tensiones necesarias para el funcionamiento de los

distintos circuitos electrónicos del autómata.

Batería, capacitor de alto rendimiento: para mantener el

programa y algunos datos en la memoria si hubiere en

corte de la tensión exterior.

Consola de programación

PC o consolas de programación

Periféricos

Son aquellos elementos auxiliares, físicamente

independientes del autómata, que se unen al mismo

mediante interfases, para realizar una función especifica

y que amplían su campo de aplicación o facilitan su uso.

Como tales no intervienen directamente ni en la

elaboración ni en la ejecución del programa. Ej.:

visualizador de mensajes, impresoras, lectores de barra,

etc.

LA UNIDAD CENTRAL DE PROCESO

La CPU (control processing unit) es la encargada de

ejecutar el programa de usuario y activar el sistema

de entradas y salidas.

La CPU ejecuta el programa de usuario, que reside

en la memoria, adquiriendo las instrucciones una a

una.

CICLO DE FUNCIONAMIENTO DE UN PLC

12

3

45

Tiempo de

Barrido

Encendido del

PLC, auto

chequeó e

inicialización.

Lectura de las entradas

físicas y actualización de la

imagen de entradas.

Ejecución del

programa.

Actualización de la

imagen de salida.

Lectura de

la imagen

de salidas y

actualizació

n física de

las salidas.

Procesar las peticiones de comunicación.

La CPU procesa los mensajes que haya

recibido por el puerto de comunicación.

Efectuar el auto

diagnostico de la

CPU. Se comprueba

el CPU y la memoria

del programa (solo en

modo RUN), así

como el estado de

los módulos de

ampliación.

PLC

Controlador

avanzado

Módulos de adquisición de datos

Módulos de adquisición de datos Lab View En el Laboratorio de la FIMCP tenemos módulos para adquisición de datos para

señales estándar de voltaje, corriente, temperatura y señales discretas (digitales). También existen módulos de salidas analógicas. Estos equipos se enlazan mediante un software (LabView) al computador.

Labview es un software deprogramación gráfica que tiene2 ventanas: El panel frontalque es en dónde se se diseñagráficamente el sistema y laventana de diagrama que esen dónde se construye eldiagrama de bloques o laprogramación del sistema.

Para cada elemento que seinserta en la ventana frontal, secrea automáticamente esteelemento en la ventana dediagrama.

En la ventana de diagramapodemos incluir funcionesmatemáticas y lazos que sontransparentes en la ventanafrontal.

Front Panel

Controles = Entradas

Indicatores = Salidas

Diagrama de Bloques

“programa” para panel

frontal

Componentes “cableados”

juntos

LabVIEW Virtual Instruments (VIs)

BooleanControl

DoubleIndicator

Waveform Graph

Panel ToolbarFront Panel

Diagrama de bloques

Numeric Constant

Thermometer TerminalCall to

subVI

While Loop

KnobTerminal

Stop ButtonTerminal

Stop LoopTerminal

TemperatureGraph

Controls and Functions Palettes

Graphical, floating palettes

Usado para colocar controles & indicadores en el panel frontal, o para construir el diagrama de bloques

Controls Palette(Panel Window)

Functions Palette(Diagram Window)

Operating Tool

Positioning/Resizing Tool

Labeling Tool

Wiring Tool

Shortcut Menu Tool

• Floating Palette

• Used to operate and modify

front panel and block diagram

objects.

Scrolling Tool

Breakpoint Tool

Probe Tool

Color Copy Tool

Coloring Tool

Tools Palette

Automatic Selection Tool

Run Button

Continuous Run Button

Abort Execution

Pause/Continue Button

Text Settings

Align Objects

Distribute Objects

Reorder

Execution Highlighting Button

Step Into Button

Step Over Button

Step Out Button

Additional Buttons on the Diagram Toolbar

Status Toolbar

Sistemas SCADA

Sistema es conjunto de elementos que realizan una función o ejecutan una tarea que no pueden efectuarla sus componentes en forma individual

SCADA = Supervisón, Control y Adquisición de Datos (Supervisory Control And Data Acquisition)

En resumen es un conjunto de elementos que supervisa, controla y adquiere datos de un proceso.

Todos los datos adquiridos del proceso están enlazados a la base de datos del proceso de producción.

Sistema de Control Tradicional

Control Distribuido

Protocolo de red

Field Bus

Field Bus-Integrator

PLC’s

Servidor

SCADA ?SCADA ?SCADA ?

Supervisory

ControlAnd

DataAcquisition

Graficos y procesamiento de señalArchivo, seguimiento,

Control de acceso, Alarmas

Base de datos distribuido

PLC’s

Bus de campo

Servidor

Programas de Control

SCADA

Arquitectura abierta y flexible

SCADA funcionabilidad basica MMI

Alarm Handling and Trending

Access Control

Automation

Logging, Archiving, Report Generation

Interfaces to H/W and S/W

Development Tools

Generic Software Architecture

Tren-

ding

Alarm

Display

Log

Display

Active X

Controls

Active X

Container

SCADA Client

Recipe

DB

Recipe

Managt

Ref.

DB

Alarm Log ArchiveReport

Gener.

Log DB Archive DBSQL Alarm DB

RT & Event Manager

Data

Proces

SCADA Server

RT

DB

ODBC

DDEAPI/DLL

Private

ApplicationEXCEL Driver

PLC PLC

OPC

Graphics

Editor MMI

Driver

Toolkit

Project

Editor

Export

/

ImportCommercial

DB

Commercial

Devel.

tool

ASCII

Files

ASCII

File

Editor SC

AD

A D

evelop

t. En

viron

t.

Library

Data

R/W

VME

Client / Server - Publish / Subscribe - TCP/ IP

Sistemas SCADA

Cualquier sistema existente puede ser modificado para convertirlo en un sistema SCADA

Para ello se realiza estudios y diseños que permiten acondicionar y acoplar los sistemas actuales para que puedan recibir la implantación de un Sistema SCADA

Configuration

of SCADA Systems

Data Server PLC’sData Server

Different Namespaces!!

Configuration of SCADA Systems 2nd

PLCPrograms

CommunicationProcessor

•Analog-Input•Value-AI-0•Value-AI-1

•Analog-Output•Value-AO-0•Value-AO-1

Field Bus

•Analog-Input•Vacuum_VALUE

•Pressure_VALUE•Analog-Output

•Valve_1_OUT•Heater_1_OUT

Mapping

SCADA

Configuration

of SCADA Systems 3rd (Alarms)

•Analog-Input•Vacuum_VALUE•Pressure_VALUE

•Analog-Output•Valve_1_OUT•Heater_1_OUT

SCADAData Server

(generic) Alarm scripts:

IF (Pressure_VALUE > Pressure_HIHI_ALARMVAL){Pressure_ALARM_HIHI=TRUEPressure_ALARM_STATE=CRITICALPressure_ALARM_COLOR=RED }

IF (Pressure_VALUE < Pressure_LOLO_ALARMVAL){Pressure_ALARM_LOLO=TRUEPressure_ALARM_STATE=ATTETIONPressure_ALARM_COLOR=BLUE }

Alarm Generation

Data Access Mechanism's

Alarm Server typically

poll data from the data

server

( -> impact on network

bandwidth)

Data from field buses are

mainly polled

Asynchronous protocols

are difficult to handle Field Bus

Data Server

Alarm Server