Sistemas Automáticos Industriales de Eventos Discretos / Saturnino Soria Tello,

CONTENIDO
Sistemas Automáticos Industriales
de Eventos Discretos
Agradecimientos 9
El autor 19
Prólogo 21
Descarga de los programas citados en el libro 23
CAPÍTULO 1 25
Introducción a los sistemas automáticos
industriales 25
1.1 Introducción 25
Tipos de sistemas automáticos 26
Lazos de control 28
1.1.1 Sistema de lazo abierto discreto 28
1.1.2 Sistema de lazo cerrado discreto 30
1.1.3 Sistema de lazo cerrado analógico 32
1.2 Sistemas de eventos discretos 34
1.3 Sistemas combinacionales y secuenciales 35
1.3.1 Sistemas combinacionales 35
1.3.2 Sistemas secuenciales 38
1.4 Reconversión de equipo 40
1.4.1 Estudio de factibilidad 41
Factibilidad técnica 41
Factibilidad de diseño 41
Tiempo de diseño e implementación 41
1.5 Costo-beneficio 42
Procesos manuales 42
1.6 Retorno de la inversión 43
1.7 Preguntas de estudio 44
CAPÍTULO 2 45
Sistemas automáticos con base en relevadores
45
2.1 Introducción 45
2.2 Relevadores de control y de potencia 46
2.2.1 Relevador electromecánico 46
Alfaomega
12
Teoremas de álgebra booleana 132
Teoremas con múltiples variables 137
4.5 Preguntas y problemas de estudio 149
Problemas 149
CAPÍTULO 5 155
Método de “la memoria interna” 155
5.1 Introducción 155
5.1.1 Límites de aplicación 156
5.2 Método de “la memoria interna” 158
5.2.1 Memoria interna 159
5.2.2 Metodología de la memoria interna 160
5.2.2.1 Tabla natural del proceso 160
5.2.2.2 Tabla de memorias 162
5.3 Ecuaciones de las memorias 163
5.4 Ecuaciones de las variables de salida 171
5.4.1 Estados aislados 172
Estado aislado en el estado inical 173
5.4.2 Estados compartidos 174
Obtención de las ecuaciones de las
variables de salida 177
Reducción de memorias por límite de valores de la
función de salida 179
Representación por diagrama de estados 180
5.5 Aplicación del diagrama de estados 182
Ecuación de la función de salida 186
5.6 Lógica de contactos con ecuaciones 187
Ecuaciones de memorias con lógica de contactos 188
Diagrama de lógica de contactos para VS1 190
Diagrama de lógica de contactos de VS2 191
Diagrama de lógica de contactos de VSn-1 191
Diagrama de lógica de contactos de VSn 191
Diagrama de lógica de contactos de los dos
ejemplos resueltos 192
Sistemas con bifurcaciones y retroceso a estados
inmediatos anteriores 195
5.7 Ejercicios resueltos 201
5.8 Simulación con el software
FluidSIM-P™ de FESTO 212
5.9 Ejercicios de estudio 222
3.5 Comunicaciones con el PLC 90
Interfase de programación y computadora personal 90
3.6 Tipos de programación 92
3.6.1 Programación con instrucciones 92
3.6.2 Programación con funciones lógicas 93
3.6.3 Programación con lógica de contactos 94
3.7 Selección del PLC 95
Selección del PLC 98
3.8 Preguntas de estudio 99
CAPÍTULO 4 101
Sistemas automáticos basados en funciones
lógicas 101
4.1 Introducción 101
Niveles lógicos 102
4.2 Introducción a las funciones lógicas 103
Tablas de verdad 103
4.2.1 Función lógica AND ( Y ) 104
4.2.2 Función lógica OR (O) 105
4.2.3 Función lógica NOT (NO) 106
4.3 Ecuaciones de sistemas combinacionales 107
Tabla de verdad de un sistema combinacional 108
4.3.1 Número de combinaciones del sistema 108
Ecuaciones del sistema 109
4.3.2 Programa con el software del PLC Crouzet 110
Simulación con el programa Crouzet 112
4.4 Ecuaciones de sistemas secuenciales 120
4.4.1 Método de “un estado de memoria” 121
Tabla de estado 121
Estado 121
Representación de funciones lógicas con lógica
de contactos 127
Función lógica AND con circuito de lógica de
contactos 127
Función lógica OR con circuito de lógica de
contactos 128
Función lógica NOT con circuito de lógica de
contactos 129
Ecuaciones de sistemas automáticos con
circuitos de lógica de contactos 130
Álgebra booleana 132
Sistemas Automáticos Industriales - Saturnino Soria Tello
Sistemas Automáticos Industriales - Saturnino Soria Tello Alfaomega
13
CAPÍTULO 6 229
Sistemas secuenciales neumáticos 229
6.1 Introducción 229
Propiedades físicas del aire 230
Compresibilidad 230
Elasticidad 231
Expansibilidad 231
Seguridad 232
Simplicidad en el diseño y control 232
6.2 Sistema de generación de aire comprimido 232
Compresor 232
Desplazamiento Positivo 233
Desplazamiento Dinámico: 233
Enfriador posterior 233
Tanque acumulador de presión 234
Secador de aire 235
Red de generación de aire comprimido 235
6.3 Sistemas automáticos neumáticos 236
Estructura de un sistema secuencial neumático 237
6.4 Elementos final de control 238
6.4.1 Actuadores de movimiento lineal 239
Actuador lineal de simple efecto 239
Actuador lineal de doble efecto 240
Diagrama espacio-fase 241
6.4.2 Actuadores de movimiento giratorio 244
6.4.3 Actuador oscilatorio 245
6.5 ELEMENTOS DE GANANCIA 246
Válvula de Control de Flujo Variable Bidireccional 246
Válvula de Control de Flujo Unidireccional 247
Control de Velocidad por el Aire de Entrada 247
Control de Velocidad por el Aire de Salida 248
6.6 Elementos de procesamiento 248
Válvulas direccionales 248
Posiciones 249
Vías 249
Tipos de piloto 250
Piloto neumático en A y retorno por resorte en B 250
Pilotos neumáticos en A y en B 251
Estructura de una válvula direccional 251
Configuración de válvulas direccionales 252
Válvula 4/2 252
Válvula 5/2 252
Diagrama de mando de válvulas 4/2 y 5/2 253
Válvula 4/3 y 5/3 254
Válvula 3/2 255
Válvulas de simultaneidad 257
Válvula selectora de circuitos 258
6.7 Dispositivos de entrada 259
6.8 Válvulas de retardo de tiempo y
contador neumático 259
Válvula de tiempo 260
Diagrama espacio-tiempo 261
Contador neumático 262
6.9 Sistemas de vacío 263
Principio de funcionamiento de un venturi 264
6.10 Diseño de sistemas
secuenciales neumáticos 266
Representación mediante vectores de desplazamiento 268
Representación abreviada con signos 268
6.10.1 Diagrama de funcionamiento 269
Representación de un diagrama de funcionamiento
con ecuaciones lógicas 270
6.11 Multiplicación y suma de funciones
neumáticas discretas 272
Multiplicación lógica de funciones neumáticas 273
Sumatoria lógica de funciones neumáticas 275
Ejemplos de ecuaciones lógicas en funciones
neumáticas 277
6.12 Diseño de un automatismo neumático con
métodos analíticos 281
Lista de partes 282
Ecuaciones del sistema 283
Método de ubicación de pulso único (PU) 284
Ecuación de VP2 285
Ecuaciones de las válvulas auxiliares 285
Diagrama de conexiones neumáticas 286
Método memorización de pulsos de dos
variables (MP) 288
Lista de partes 290
Ecuaciones del sistema 291
Ecuación de VP1 291
Alfaomega
14
Ecuaciones del sistema 323
Diagrama de funcionamiento aplicando el
método ME 326
Ecuaciones del sistema 327
Diagrama de conexiones neumáticas 328
Diagrama de funcionamiento y lista de partes 329
6.14 Preguntas y ejercicios de estudio 330
Ejercicios propuestos 333
CAPÍTULO 7 345
Sensores de comportamiento discreto 345
7.1 Introducción 345
7.2 Transductores 347
Transductores de desplazamiento 348
Transductores de presión o fuerza 350
Transductores de velocidad 351
Transductores de temperatura 352
7.3 Sensores de comportamiento discreto 354
7.3.1 Sensores de objetos por contacto 355
Aplicaciones 356
Sensores de variables físicas por contacto 358
7.3.2 Sensores de proximidad del tipo discretos 360
Características y especificaciones de los sensores discretos 361
Histéresis 362
Repetibilidad 363
7.4 Sensores de detección magnética 366
7.5 Sensores inductivos 369
Estructura 369
Principio de funcionamiento 370
Diseño blindado 370
Diseño no blindado 372
Factor de reducción 374
Símbolo 374
Aplicaciones 374
7.6 Sensores capacitivos 375
Principio de operación 376
Diseño blindado 376
Diseño no blindado 376
Símbolo 377
Aplicaciones industriales 377
Ecuación de VP2 291
Ecuaciones de las válvulas auxiliares 292
Diagrama de conexiones neumáticas 292
Método “memoria de estado (ME)” 294
Diagrama de funcionamiento aplicando el método
memoria de estado 297
Ecuaciones del sistema 297
Ecuación de VP1 298
Ecuación de VP2 298
Ecuación de Vx1 298
Ecuación de Vx2 298
Diagrama de conexiones neumáticas 299
Diagrama de funcionamiento y lista de partes 300
Sistema secuencial neumático con retardo
de tiempo 300
Diagrama de funcionamiento 301
Ecuaciones del sistema 303
Ecuaciones de las válvulas principales 303
Ecuaciones de las válvulas auxiliares 303
Diagrama de conexiones neumáticas 305
Sistema secuencial neumático con contador
de eventos 305
Diagrama natural del proceso 306
Aplicación de método de trabajo 306
Ecuaciones del sistema 307
Diagrama de conexiones neumáticas 308
Manipulación de objetos mediante sistemas de vacío 308
Diagrama de funcionamiento aplicando algún método
de trabajo 309
Ecuaciones del sistema 310
Diagrama de conexiones neumáticas 312
Diagrama de funcionamiento y lista de partes 312
6.13 Ejemplos resueltos de sistemas
secuenciales neumáticos 313
Esquemático del sistema de traslado de producto 314
Ecuaciones del sistema 317
Ecuaciones de las memorias o válvulas
auxiliares (Vx) 318
Ecuaciones de los temporizadores 319
Diagrama de funcionamiento aplicando el
método ME 322
Sistemas Automáticos Industriales - Saturnino Soria Tello
Sistemas Automáticos Industriales - Saturnino Soria Tello Alfaomega
15
Factor de reducción 378
7.7 Sensores ópticos 378
Estructura 379
Fuente de luz 379
Detector de luz 379
Lentes 380
Circuito lógico 380
Salida 380
7.7.1 Tipos de sensores ópticos 381
Sensor de haz transmitido 381
Aplicación del sensor 382
Sensor retrorreflectivo 382
Aplicación del sensor 383
Sensor del tipo difuso 384
Aplicación del sensor 384
Símbolo 385
Factor de reducción 385
7.8 Salidas PNP y NPN en sensores de
corriente directa 386
Sensor con salida PNP 386
Sensor con salida NPN 386
Tipos de conexiones eléctricas en sensores 387
Sensores de dos hilos 388
Sensores de tres y cuatro hilos 388
Conexión en serie de sensores 389
Conexión en paralelo de sensores 390
Conexión de un sensor como entrada a un PLC 391
Entradas Sink / Source 392
7.9 Ejercicios resueltos 394
7.10 Preguntas y ejercicios para estudio 396
CAPÍTULO 8 401
Sistemas secuenciales basados en la función
tiempo y conteo 401
8.1 Introducción 401
8.2 Funciones de tiempo 403
Estructura de un temporizador electromecánico 403
Temporizador con retardo al encendido (TON) 404
Modo de operación 405
Diagrama de tiempos 406
Temporizador con retardo para apagar (tof) 407
Modo de operación 408
8.3 Instrucción de tiempo en el PLC Siemens 410
Temporizador TON retentivo (R) 411
Representación con el diagrama de tiempos 411
Identificando un método 413
Ecuaciones lógicas del sistema 414
Diagrama de lógica de contactos 416
Programa para el PLC Siemens 417
8.4 Función contador 428
Función contador con el PLC Siemens 429
Contador ascendente/descendente (CTUD) 434
8.5 Funciones de comparación de
valores numéricos 437
8.6 Ajuste de valores preestablecidos
mediante una HMI 443
Aplicación de la TD 200 de Siemens 444
8.7 Sistemas secuenciales basados en las
funciones de tiempo y conteo 458
Ecuaciones del sistema 462
Ecuaciones de los temporizadores 462
Ecuación del contador 463
Ecuación de la función de salida 464
Diagrama de lógica escalera para los mensajes 464
Mensajes 469
Diagrama de flujo de los mensajes 470
Diagrama de lógica escalera 477
Mensajes 479
Diagrama de flujo de los mensajes 480
Diagrama de lógica escalera 482
Diagrama de conexiones eléctricas 483
8.8 Sistemas automáticos del tipo industrial 484
Cronograma de las funciones 486
Diagrama de flujo de los mensajes 487
Diagrama de flujo de la secuencia 488
Diagrama de lógica escalera 491
Sistema de alarmas 500
Ecuaciones para alarma 1 (AL1) 501
Ecuaciones para alarma 2 501
Ecuaciones para alarma 3 502
Funciones de salida 502
Desplegado de mensajes 503
Diagrama de lógica de contactos 504
Alfaomega
16
Etapa de subrutinas 508
8.9 Preguntas y ejercicios de estudio 510
Preguntas 510
Problemas 511
CAPÍTULO 9 519
Temporizadores en cascada 519
9.1 Introducción 519
Límites de aplicación del método 520
9.2 Estructura del método de
temporizadores en cascada 521
Simbología del método 522
Conector de enlace 522
Función de entrada, suma y multiplicación 522
Funciones de tiempo, salida y memoria 523
Cuadrante de contactos de “Temporizadores
en Cascada” 523
9.3 Gráfico de un sistema en cascada con una
línea principal 524
Gráfico de sistema sin retroalimentación en lazo 524
9.3.1 Gráfico de un sistema con n temporizadores
y q funciones 525
Gráfico con una función de salida (F1) 526
Gráfico de sistema con retroalimentación en lazo 527
9.4 Sistema con una línea principal de tiempos 528
9.4.1 Ubicación de un conector de enlace horizontal 529
9.4.2 Conector de enlace vertical 530
9.4.3 Conector de enlace con varias direcciones en
su trayectoria 531
9.4.4 Conector de enlace en el cuarto cuadrante 532
9.4.5 Ecuaciones de las variables
lógicas del sistema 533
Ecuaciones lógicas de las funciones de salida 533
Ecuaciones de las funciones de tiempo 534
9.5 Cálculos requeridos en un sistema con una
línea principal 537
9.5.1 Cálculo del tiempo de encendido de las
funciones de salida 538
9.6 Sistemas con una línea principal y
subrutinas de tiempos 544
Cálculo de PT2 y PT4 548
9.7 Funciones de salida localizadas en
una subrutina 549
Diagrama de lógica de contactos para el
PLC Siemens 552
9.8 Subrutinas que dependen de dos
temporizadores no subsecuentes 554
9.9 Sistema de temporizadores con m ramales 562
9.9.1 Operaciones de suma y multiplicación en un
sistema secuencial 564
Multiplicación 564
Suma 565
Cálculo de tiempo para el ramal 1 567
9.9.2 Cálculo del tiempo de ciclo de un sistema con m
ramales y línea principal 567
Resultado del ramal 1 569
Resultado del ramal 2 569
Resultado del ramal 3 570
9.9.3 Sistema con q funciones de salida
y m ramales 570
9.9.3.1 Función dependiente de temporizadores
localizados en la línea principal (F1,b0) 572
Tiempo de operación de la función F1,b0 573
9.9.3.2 Función dependiente de temporizadores
localizados en uno o varios ramales (Fq,Rm) 573
9.9.3.3 Función dependiente de temporizadores localizados en ramal y línea principal (Fq,Rm) 575
Tiempo de operación de la función F1,R2 en
el ramal 1 576
9.9.3.4 Función dependiente de temporizadores
localizados en un ramal (encendido) y línea principal
(apagado) (Fq,Rm) 577
Ecuaciones de temporizadores 582
Función localizada en la línea principal 583
Función dependiente de línea principal y ramales 584
Funciones dependientes de ramales 584
9.10 Funciones de entrada como condiciones
externas de operación 588
Ecuaciones de las funciones de salida 590
9.11 Memorias y temporizadores 597
9.12 Ejercicios resueltos 604
Desplegado de mensajes 608
9.13 Problemas y preguntas 622
Sistemas Automáticos Industriales - Saturnino Soria Tello
Sistemas Automáticos Industriales - Saturnino Soria Tello Alfaomega
17
11.1.1 Verificaciones periódicas en
sistemas hidráulicos 680
11.1.2 Elementos de control de un sistema
secuencial electrohidráulico 682
Circuito eléctrico 682
Circuito hidráulico 682
11.2 Tipos de bombas hidráulicas 683
Bombas de engranes 684
Bombas de pistones 685
Bombas de paletas 685
11.3 Tipos de mandos en sistemas
secuenciales electrohidráulicos 686
Válvula del tipo monoestable 686
Válvula del tipo biestable 686
Válvula de tres posiciones 687
11.4 Diagrama de funcionamiento en un
sistema electrohidráulico 687
Ecuaciones del sistema 695
11.5 Método temporizadores en cascada
aplicado a sistemas electrohidráulicos 696
Ejemplos a partir del diagrama de funcionamiento 698
CAPÍTULO 12 703
Introducción a los sistemas analógicos 703
12.1 Introducción 703
12.2 Clasificación de señales 704
12.2.1 De acuerdo a la naturaleza de la variable 704
12.2.2 Señales estocásticas y señales deterministas 705
12.2.3 Señales digitales y señales analógicas 705
Clasificación de las señales de acuerdo a
su naturaleza temporal 705
Clasificación de las señales de acuerdo a su
naturaleza en magnitud 706
12.3 Atributos de una señal analógica 707
12.4 Sistemas 710
12.5 Procesamiento analógico de una
señal analógica 712
12.5.1 El amplificador operacional 712
12.5.2 Op amp en lazo abierto 713
12.5.3 Op amp en lazo cerrado 714
CAPÍTULO 10 627
Sistemas secuenciales electroneumáticos
industriales 627
10.1 Introducción 627
Circuito eléctrico 628
Circuito neumático 628
10.2 Elementos de control de un sistema
secuencial electroneumático 629
Dispositivos de entrada 629
Dispositivos de procesamiento 630
Dispositivos de salida 630
10.3 Tipos de mandos en sistemas
secuenciales electroneumáticos 631
Válvula del tipo monoestable 631
Válvula del tipo biestable 631
Válvula de tres posiciones 632
10.4 Diseño del diagrama de funcionamiento
de un sistema electroneumático 633
Selección de válvulas direccionales 637
10.5 Ecuaciones lógicas de un sistema
electroneumático 641
10.6 Método de la memoria de estado en
automatismos electroneumáticos 644
10.7 El presostato y vacuostato en un
automatismo electroneumático 655
10.7.1 Presostato 656
10.7.2 Vacuostato 658
10.8 Temporizadores en cascada en un
automatismo electroneumático 659
10.9 Contadores en un automatismo
electroneumático 664
10.10 Aplicaciones industriales 665
10.11 Ejercicios a resolver 677
CAPÍTULO 11 679
Introducción a los sistemas
electrohidráulicos 679
11.1 Introducción 679
Ejemplo de uso del asistente para configurar
instrucción PID 780
12.11 Sintonización 786
12.11.1 Reglas de sintonización de Zeiger-Nichols 786
12.11.2 Sintonización de PID en MicroWin 789
BIBLIOGRAFÍA 791
Amplificador inversor 715
Amplificador no inversor 716
Buffer o Seguidor 716
Amplificador Diferenciador 717
Amplificador de instrumentación 718
Derivador e Integrador 719
12.6 Procesamiento digital de una
señal analógica 720
12.6.1 Convertidor AD 721
12.6.3 Errores en el cuantificador 724
12.6.4 Convertidor de aproximaciones sucesivas 728
12.6.5 Convertidor tipo flash 730
12.6.6 Convertidor DA 732
12.6.6.1 Convertidor R-2R 734
12.7 Módulos analógicos de la familia
S7-200 736
12.7.1 Módulos analógicos en el S7-200 - CPU 22X 737
12.7.2 Direccionamiento 738
Direccionamiento de un dato analógico 738
12.7.3 Codificación 740
12.7.4 Especificaciones de los módulos analógicos 744
12.7.5 Configuración y calibración de los
módulos de entrada 745
12.7.6 Diagramas de conexión 748
Conexión de una salida 748
Entrada no usada 751
12.8 Ejemplos 758
12.8.1 Primer ejemplo: Prueba del
módulo analógico 758
12.8.2 Ejemplo 2: Alarmas 759
12.8.3 El concepto de escala 760
Escala 761
12.8.4 Control de velocidad de conveyor 766
12.8.5 Control ON-OFF 768
12.9 Control en lazo cerrado 771
12.9.1 El control proporcional 772
12.9.2 El control proporcional más integral 774
12.9.3 El control proporcional + i
ntegral + derivativo 777
12.10 Control PID implementado con el
S7-200 779

Controlador lógico programable (PLC).
Temporizadores en cascada.
Introducción a los sistemas electrohidráulicos.
Introducción a los sistemas analógicos.

Desarrolle

Sistemas automáticos electroneumáticos y electrohidráulicos.

Ingeniería en Sistemas Automotrices

Ingeniería Ferroviaria

Ingeniería Mecatrónica

Ingeniería Electrónica