Diapositiva 1

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ELECTRÓNICA Y AUTOMATISMOS
2º Curso de Instalaciones Electromecánicas Mineras
Tema 5 Introducción a los sistemas programables
Profesor Javier Ribas Bueno
Nota Las animaciones contenidas en esta
presentación requieren Office XP o posterior
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Introducción a los sistemas programables

• Introducción control de procesos industriales
• Lógica cableada ejemplos
• Sistemas programables. Sistema mínimo
  microprocesador
• Alternativas para el control de procesos
  industriales
• Lógica cableada, circuitos digitales dedicados,
  ASIC, FPGA
• Sistemas basados en microprocesador
• Programación de sistemas basados en
  microprocesador
• El autómata programable (PLC)
• Conclusiones

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Introducción control de procesos industriales
Ejemplo de sistema con regulación automática
Regulador de Watt (1819)
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Introducción control de procesos industriales
Proceso industrial

• Sensores
• Actuadores
• Sistemas de control
• Sistemas de supervisión

• Señales analógicas nivel, presión, temperatura,
  
• Señales digitales (todo/nada) interruptores,
  barreras, encoders

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Introducción control de procesos industriales
Sistema en lazo abierto
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Introducción control de procesos industriales
Sistema en lazo cerrado
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Introducción control de procesos industriales
Sensores o captadores
Ejemplos de sensores con salida todo/nada
Pulsador
i
i
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Introducción control de procesos industriales
Sensores o captadores
Sensor de temperatura por termopar
i
Ejemplos de sensores con salida analógica
Sensor de nivel porultrasonidos
Sensor de temperatura por infrarrojos
Sensor de presión
Sensor de caudal
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Introducción control de procesos industriales
Actuadores
Ejemplos de actuadores
Contactor
Variador
Electroválvula
i
Control de velocidad de motores
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Introducción a los sistemas programables

• Introducción control de procesos industriales
• Lógica cableada ejemplos
• Sistemas programables. Sistema mínimo
  microprocesador
• Alternativas para el control de procesos
  industriales
• Lógica cableada, circuitos digitales dedicados,
  ASIC, FPGA
• Sistemas basados en microprocesador
• Programación de sistemas basados en
  microprocesador
• El autómata programable (PLC)
• Conclusiones

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Lógica cableada ejemplos
Circuito de fuerza para el arranque directo de un
motor trifásico
Control de marcha y paro con enclavamiento y
protecciones
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Lógica cableada
Limitaciones de la lógica cableada

• El circuito de mando emplea elementos voluminosos
  y caros
• Los contactos mecánicos se desgastan en cada
  maniobra elevado mantenimiento
• La velocidad de actuación es limitada no se
  pueden utilizar cuando se tiene que conmutar
  varias veces por segundo
• No se pueden manejar señales analógicas
• Cualquier cambio en el sistema es complejo de
  realizar
• No se puede realizar supervisión remota

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Introducción a los sistemas programables

• Introducción control de procesos industriales
• Lógica cableada ejemplos
• Sistemas programables. Sistema mínimo
  microprocesador
• Alternativas para el control de procesos
  industriales
• Lógica cableada, circuitos digitales dedicados,
  ASIC, FPGA
• Sistemas basados en microprocesador
• Programación de sistemas basados en
  microprocesador
• El autómata programable (PLC)
• Conclusiones

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Sistemas programables sistema mínimo
microprocesador
Sistema mínimo microprocesador
Unidad Lógica Aritmética(ALU)
reloj
Unidad decontrol
CPU
Registros
Arquitectura Von Neumann
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Sistemas programables sistema mínimo
microprocesador
Sistema mínimo microprocesador
Conecta al sistema programable con el mundo
exterior(teclados, displays, )
Marca el ritmo al que se procesan las
instrucciones de programa
Contiene los códigos de instrucción que definen
la secuencia de programa
Realiza las operaciones lógicas y aritméticas
Unidad Lógica Aritmética(ALU)
reloj
Unidad decontrol
Interpreta y ejecuta las instrucciones de programa
Almacenamiento temporal de resultados de
operaciones
CPU
Registros
Memorias rápidas de uso interno de la
CPU Registros básicos Acumulador la ALU siempre
opera con él Contador de programa contiene la
posición de memoria de la siguiente instrucción a
ejecutar
Arquitectura Von Neumann
Pulsar sobre los bloques para ver su descripción
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Sistemas programables sistema mínimo
microprocesador
Tipos de memorias
Volátil
? La información se pierde al cortar la
alimentación
Volatilidad de la información
? La información NO se pierde al cortar la
alimentación
No volátil
? El tiempo de acceso es el mismo para todos los
datos
? El acceso es más rápido cuando se leen
posiciones contiguas
? Se programan en fábrica y no se pueden alterar
posteriormente
? WORM (Write Once Read Many), OTP (One Time
Program),
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Sistemas programables sistema mínimo
microprocesador
Tipos de memorias
Significado del acrónimo
Características
ROM
Read Only Memory
No volátil y no programable
RAM
Random Access Memory
Volátil
EPROM
Erasable Programmable Read Only Memory
Se puede borrar mediante rayos ultravioleta
i
EEPROM
Electrically Erasable Programmable Read Only
Memory
Se puede borrar eléctricamente (requiere una
tensión superior para el borrado)
FLASH
Son un tipo especial de EEPROM en la que se
puede acceder a varias posiciones dememoria de
forma simultánea
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Sistemas programables
Comparación entre un sistema programable y un
sistema de lógica cableada

• Un sistema programable se basa en circuitos
  integrados es mucho más compacto que un sistema
  de lógica cableada
• No existen partes móviles. La vida útil de los
  sistemas programables es muy superior a la de los
  sistemas cableados
• La funcionalidad de un sistema programable
  depende del programa muchos cambios se pueden
  realizar sin modificar físicamente el sistema
• Un mismo sistema programable puede realizar
  múltiples funciones
• Es tal el número de aplicaciones actuales que se
  pueden encontrar sistemas basados en
  microprocesador por menos de 0,5
• El empleo de sistemas de comunicaciones digitales
  permite la supervisión remota así como construir
  sistemas con inteligencia distribuida

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Sistemas programables
Los puntos marcan dónde hay un microprocesador
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Introducción a los sistemas programables

• Introducción control de procesos industriales
• Lógica cableada ejemplos
• Sistemas programables. Sistema mínimo
  microprocesador
• Alternativas para el control de procesos
  industriales
• Lógica cableada, circuitos digitales dedicados,
  ASIC, FPGA
• Sistemas basados en microprocesador
• Programación de sistemas basados en
  microprocesador
• El autómata programable (PLC)
• Conclusiones

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Alternativas para el control de procesos
industriales
Lógicacableada
Sistema basado enmP
FPGA
ASIC
ApplicationSpecific IntegratedCircuit
FieldProgrammable GateArray
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Alternativas para el control de procesos
industriales
Comparativa de las soluciones existentes
Lógica cableada
Puertas biestables
ASIC
FPGA
SistemamP
Los datos de esta tabla son orientativos. Todas
las soluciones están en evolución y las
características de algunas de ellas se solapan.
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Alternativas para el control de procesos
industriales
Tipos de sistemas basados en microprocesador
Sistema mP diseñado a medida

• El elemento central es el circuito integrado
  microprocesador (CPU)
• Alrededor de la CPU se incluyen en la tarjeta los
  elementos necesarios para la aplicación

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Alternativas para el control de procesos
industriales
Tipos de sistemas basados en microprocesador
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Alternativas para el control de procesos
industriales
Tipos de sistemas basados en microprocesador
Autómata programable (PLC)

• Sistema completo comercial adaptado para su uso
  en entornos industriales
• No requiere ninguna circuitería auxiliar para el
  funcionamiento
• Suelen disponer de sistemas de programación que
  describen el funcionamiento de forma muy similar
  a los esquemas de la lógica de contactos

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Introducción a los sistemas programables

• Introducción control de procesos industriales
• Lógica cableada ejemplos
• Sistemas programables. Sistema mínimo
  microprocesador
• Alternativas para el control de procesos
  industriales
• Lógica cableada, circuitos digitales dedicados,
  ASIC, FPGA
• Sistemas basados en microprocesador
• Programación de sistemas basados en
  microprocesador
• El autómata programable (PLC)
• Conclusiones

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Programación de sistemas basados en
microprocesador
Lenguajes de bajo nivel el ensamblador
Ejemplo microcontrolador PIC 16C61
EPROMProgramMemory1K x 14
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Programación de sistemas basados en
microprocesador
Lenguajes de bajo nivel el ensamblador
Fragmento de un programa en ensamblador para un
microcontrolador PIC 16C61
Rutina principal "modo RUN" SIGUE4 BTFSC
ANTIRB GOTO SIGUE4 BTFSS PORTB,3 Si alguien
pulsa select durante GOTO PROG el modo RUN
pasa a modo programa SIGUE10 BTFSC
PORTB,2 GOTO SIGUE5 BTFSC VA_RA1 GOTO
SIGUE4 BSF VA_RA1 GOTO SIGUE6 SIGUE5 BTFSS
VA_RA1 GOTO SIGUE4 BCF VA_RA1 SIGUE6 BSF
ANTIRB MOVLW 0x0F MOVWF ARB_CTR Cuando se
detecta que se ha llegado al medio ... BCF
INTCON,GIE Inhabilita interrupciones BCF
STATUS,C Actualiza la base de tiempo MOVF
TSEMAN0,W Suma la duración del semiciclo
anterior ADDWF TCICLO0,W con la duración del
ciclo actual MOVWF TREALM0 MOVF
TSEMAN1,W BTFSC STATUS,C INCFSZ
TSEMAN1,W ADDWF TCICLO1,W ...
Comentarios
Cada instrucción en ensamblador se traduce como
una instrucción en código máquina
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Programación de sistemas basados en
microprocesador
Lenguajes de bajo nivel el ensamblador
Rutina principal "modo RUN" SIGUE4 BTFSC
ANTIRB GOTO SIGUE4 BTFSS PORTB,3 GOTO
PROG SIGUE10 BTFSC PORTB,2 GOTO SIGUE5 BTFSC
VA_RA1 GOTO SIGUE4 BSF VA_RA1 GOTO
SIGUE6 SIGUE5 BTFSS VA_RA1 GOTO SIGUE4 BCF
VA_RA1 SIGUE6 BSF ANTIRB MOVLW 0x0F MOVWF
ARB_CTR BCF INTCON,GIE BCF STATUS,C MOVF
TSEMAN0,W ADDWF TCICLO0,W MOVWF TREALM0 ...
Listado ensamblador
Archivo.asm
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Programación de sistemas basados en
microprocesador
Lenguajes de bajo nivel el ensamblador

• Características de la programación en
  ensamblador
• Muy laborioso de programar
• Es necesario conocer muchos detalles del
  funcionamiento interno del sistema para poder
  realizar la programación
• Se tiene un control total de los recursos
• Máximo aprovechamiento de la memoria
• Control total del tiempo de ejecución

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Programación de sistemas basados en
microprocesador
Lenguajes de alto nivel C, PASCAL, FORTRAN,
BASIC,
Fragmento de un programa en C
void visualizacion() if (!aux)
visFALSE PORTB0 else
PORTBleds if (!no_leds)
no_ledsTRUE targetH2
nCaracter-- leds0 else
no_ledsFALSE targetH2 if
(nCaracter) if (--aux) obtenerH()
else nCaracter6
leds0 ...
Listado en C
Archivo.c
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Programación de sistemas basados en
microprocesador
Lenguajes de alto nivel

• Características de la programación en lenguajes
  de alto nivel
• Bastante menos laborioso de programar que el
  ensamblador
• El compilador se encarga de generar el código
  específico para la máquina que se está usando
• No es necesario conocer todos los detalles de la
  máquina
• Mayor portabilidad cambiar de máquina ?
  recompilar
• No se tiene tanto control de los recursos como en
  ensamblador
• Menor aprovechamiento de la memoria
• Calcular el tiempo que tarda en ejecutarse una
  parte del programa es complejo

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Programación de sistemas basados en
microprocesador
Herramientas para la descripción de algoritmos
diagrama de estados y flujograma
S_izq
S_der
START/STOP

• Ejemplo sistema de control de una cinta con
  movimiento en ambos sentidos
• Si la cinta está parada y se pulsa START/STOP
  tiene que arrancar hacia la derecha
• Si se está moviendo hacia la derecha y se activa
  S_der, se cambia el sentido de giro
• Si se está moviendo hacia la izquierda y se
  activa S_izq, se pasa a girar a la derecha
• Si en cualquier sentido de giro se activa de
  nuevo START/STOP, la máquina se para

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Programación de sistemas basados en
microprocesador
Herramientas para la descripción de algoritmos
diagrama de estados
PARADO
GIRANDO A DERECHAS
GIRANDO IZQUIERDAS
Todos los sistemas programables se pueden
representar como una máquina de estados finitos.
La obtención del código del programa es bastante
sencilla a partir de esta representación.
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Programación de sistemas basados en
microprocesador
Herramientas para la descripción de algoritmos
flujograma
INICIO
i
36
Programación de sistemas basados en
microprocesador
INICIO
La mayor parte de los errores de programación se
producen al especificar los algoritmos. Es
necesario realizar el diseño teniendo en cuenta
todos los supuestos que puedan darse en el
funcionamiento normal. Por ejemplo, el flujograma
del ejemplo anterior no funcionaría de forma
correcta. Mientras el operario mantenga pulsado
el botón START/STOP la máquina se estaría
arrancando y parando continuamente. Para evitar
esto, es necesario modificar el programa. En esta
transparencia se muestra una de las múltiples
formas de corregir el problema. Con esta
modificación, para que se detecte la pulsación de
START/STOP, es necesario que el operario presione
y suelte el botón.
C
START/STOPpulsado?
NO
A
SI
START/STOPpulsado?
Girar a izquierdas
SI
START/STOPpulsado?
B
NO
SI
Girar a derechas
NO
START/STOPpulsado?
S_izqactivo?
NO
SI
Para motor
SI
NO
START/STOPpulsado?
B
SI
S_deractivo?
NO
NO
SI
C
A
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Introducción a los sistemas programables

• Introducción control de procesos industriales
• Lógica cableada ejemplos
• Sistemas programables. Sistema mínimo
  microprocesador
• Alternativas para el control de procesos
  industriales
• Lógica cableada, circuitos digitales dedicados,
  ASIC, FPGA
• Sistemas basados en microprocesador
• Programación de sistemas basados en
  microprocesador
• El autómata programable (PLC)
• Conclusiones

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El autómata programable (PLC)
Esta parte está incompleta. Espero terminarla
para el curso que viene.
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Introducción a los sistemas programables

• Introducción control de procesos industriales
• Lógica cableada ejemplos
• Sistemas programables. Sistema mínimo
  microprocesador
• Alternativas para el control de procesos
  industriales
• Lógica cableada, circuitos digitales dedicados,
  ASIC, FPGA
• Sistemas basados en microprocesador
• Programación de sistemas basados en
  microprocesador
• El autómata programable (PLC)
• Conclusiones

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Conclusiones

• Existen múltiples alternativas para realizar el
  control de sistemas industriales.
• Alguno de los factores que hay que considerar
  son
• El tiempo de desarrollo
• El precio por unidad
• El tamaño
• La facilidad con la que un tercero podría copiar
  nuestro trabajo
• La necesidad de emplear circuitería compleja
• Como se ha visto, los sistemas basados en
  microprocesador son una de las alternativas más
  extendida para el control de todo tipo de
  sistemas.
• Los autómatas programables son uno de los
  sistemas más extendidos para el control de
  procesos en la industria.