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Autómatas Programables y Sistemas de Automatización

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Resumen del libro

Este libro pretende transmitir al lector los conceptos tecnológicos ligados a los autómatas programables y su utilización para implementar sistemas de automatización. Para ello los autores, basándose en su experiencia en el diseño de sistemas de control y en la enseñanza de los mismos, han organizado el libro en cinco partes, además de en capítulos, para estructurar mejor los innumerables conceptos ligados a los sistemas de automatización. En el capítulo 1 de la parte 1 se estudian los conceptos generales asociados a los controladores lógicos y en la parte 2, formada por los capítulos 2 y 3, se describen el sistema de programación STEP7 y el sistema IEC1131-3, respectivamente. La parte 3 está formada por los capítulos 4, 5 y 6. El capítulo 4 analiza los principales conceptos de los sistemas electrónicos de control, como introducción al capítulo 5, dedicado a los métodos de diseño de sistemas de control lógico, y al capítulo 6 en el que se describen los sistemas de control de procesos continuos. La parte 4, formada por los capítulos 7, 8 y 9, está dedicada al entorno de los autómatas programables del que forman parte los sensores industriales, los interfaces de conexión con el proceso y el usuario, y las Comunicaciones Industriales. La parte 5 incluye el capítulo 10, dedicado a estudiar la confiabilidad de los sistemas electrónicos de control en general y la de los autómatas programables en particular. Hay que resaltar también que, para que el libro sea autocontenido, se incluyen en él cinco apéndices. En el apéndice 1 se estudian los conceptos de las Comunicaciones Digitales necesarios para comprender las Comunicaciones Industriales. En los apéndices 3, 4 y 5 se describen, respectivamente, la red de sensores y actuadores AS-i, la red de control PROFIBUS y la red Ethernet Industrial Profinet. En el apéndice 5 se analizan los principales conceptos asociados a la garantía de funcionamiento o confiabilidad de los sistemas electrónicos en general, necesarios para comprender los sistemas electrónicos de control seguros ante averías y de elevada disponibilidad. Hay que destacar, además, los apéndices 6 y 7 y el índice alfabético en castellano e inglés, que tienen como objetivo concienciar al lector, por una parte, sobre la necesidad de conocer los términos ingleses y por otra, de crear términos en español. Se pretende de esta forma contribuir a la mentalización de los técnicos de habla hispana sobre la importancia económica del idioma común que hablamos en España y en Iberoamérica. Este libro no sólo va dirigido a los técnicos que se quieren especializar en el diseño de instalaciones de control industrial, sino también a los técnicos especializados en las diferentes áreas de la ingeniería, como por ejemplo la mecánica, la generación y distribución de energía eléctrica, la química, etc., que necesitan conocer los fundamentos de los sistemas electrónicos de control y sus aplicaciones.


Índice

PARTE 1 - FUNDAMENTOS DE LOS AUTàMATAS PROGRAMABLES 1. Introducci¢n a los Controladores L¢gicos 3 1.1 Conceptos generales 3 1.2 Controladores l¢gicos sin unidad operativa 6 1.2.1 Controladores l¢gicos combinacionales 6 1.2.1.1 Controladores l¢gicos combinacionales cableados 6 1.2.1.2 Controladores l¢gicos combinacionales programables 9 1.2.2 Controladores l¢gicos secuenciales 11 1.2.2.1 Introducci¢n 11 1.2.2.2 Controladores l¢gicos secuenciales s¡ncronos 12 1.2.2.2.1 Conceptos b sicos 12 1.2.2.2.2 Especificaci¢n de los controladores l¢gicos secuenciales s¡ncronos 16 1.2.2.2.3 Controladores l¢gicos secuenciales s¡ncronos cableados 25 1.2.2.2.4 Controladores l¢gicos secuenciales s¡ncronos programables de arquitectura fija 28 1.2.2.2.5 Controladores l¢gicos secuenciales s¡ncronos programables de arquitectura configurable 34 1.3 Controladores l¢gicos con unidad operativa 36 1.3.1 Introducci¢n 36 1.3.2 Aut¢matas programables con una unidad l¢gica 38 1.3.2.1 Introducci¢n 38 1.3.2.2 Conceptos b sicos 38 Unidades de entrada y salida 40 Unidad Central 42 1.3.2.3 Aut¢matas programables con instrucciones de cargay memorizaci¢n o salida 45 Aut¢mata Programable con instrucciones de salto condicional. 50 Aut¢mata Programable con instrucciones de inhibici¢n y desinhibici¢n 50 1.3.2.4 S¡ntesis de sistemas digitales mediante aut¢matas programables realizados con una unidad l¢gica 55 1.3.2.4.1 S¡ntesis de sistemas combinacionales 55 1.3.2.4.2 S¡ntesis de sistemas secuenciales caracterizados por flancos 57 1.3.3 Aut¢matas programables basados en un computador 67 1.3.3.1 Introducci¢n 67 1.3.3.2 Caracter¡sticas generales de los computadores 68 1.3.3.3 Caracter¡sticas de los aut¢matas programables basadosen un computador 75 1.3.3.3.1 Caracter¡sticas generales 75 1.3.3.3.2 Recursos f¡sicos (hardware) y de programaci¢n (software) 80 Bibliograf¡a 99 PARTE 2 - SISTEMAS DE PROGRAMACIàN DE LOS AUTàMATAS PROGRAMABLES 2. Sistema STEP7 de programaci¢n de aut¢matas programables 103 2.1 Introducci¢n 103 2.2 Caracter¡sticas generales de STEP7 103 2.2.1 Tipos de datos 104 2.2.2 Unidades de organizaci¢n del programa 105 2.2.3 Variables 106 2.3 Lenguaje de lista de instrucciones (AWL) de STEP7 108 2.3.1 Conceptos generales 108 2.3.2 Identificaci¢n de variables 108 2.3.3 Instrucciones 110 2.3.4 Instrucciones que operan con variables l¢gicas 112 2.3.4.1 Introducci¢n 112 2.3.4.2 Instrucciones de selecci¢n, de entrada y salida o de operaci¢n 113 2.3.4.2.1 Instrucciones sin par?ntesis 113 2.3.4.2.2 Instrucciones con par?ntesis 118 2.3.4.3 Instrucciones de memorizaci¢n 124 2.3.4.4 Instrucciones que operan con flancos 127 2.3.5 Instrucciones que operan con combinaciones binarias 131 2.3.5.1 Introducci¢n 131 2.3.5.2 Instrucciones de carga y transferencia. 132 2.3.5.3 Instrucciones aritm?ticas 135 2.3.5.4 Instrucciones de comparaci¢n 138 2.3.5.5 Instrucciones de conversi¢n 141 2.3.5.6 Instrucciones de desplazamiento y rotaci¢n 141 2.3.5.7 Instrucciones l¢gicas con combinaciones binarias 142 2.3.6 Instrucciones de temporizaci¢n 144 2.3.7 Instrucciones de contaje 156 2.3.8 Instrucciones de control del programa 162 2.3.8.1 Instrucciones de salto 163 2.3.8.2 Instrucciones de control de bloque 169 2.3.8.3 Instrucciones de control de la ejecuci¢n de un grupo de instrucciones 172 2.4 Lenguaje de esquema de contactos (KOP) de STEP7 173 2.4.1 Conceptos generales 173 2.4.2 Identificaci¢n de variables 175 2.4.3 Operaciones con contactos 175 2.4.3.1 Operaciones l¢gicas 177 2.4.3.2 Operaciones de memorizaci¢n 181 2.4.3.3 Operaci¢n de inversi¢n 182 2.4.4 Operaciones con contactos y bloques 183 2.4.4.1 Operaciones con flancos 183 2.4.4.2 Operaciones de temporizaci¢n 186 2.4.4.3 Operaciones de contaje 188 2.5 Lenguaje de diagrama de funciones (FUP) de STEP7 190 2.5.1 Conceptos generales 190 2.5.2 Identificaci¢n de variables 190 2.5.3 Operaciones l¢gicas 190 2.5.4 Operaciones de memorizaci¢n 196 2.5.5 Operaciones con flancos 198 2.5.6 Operaciones de temporizaci¢n 200 2.5.7 Operaciones de contaje 202 2.6 Lenguaje de diagrama funcional de secuencias (S7-GRAPH) de STEP7 203 Bibliograf¡a 203 3. Sistema normalizado IEC 1131-3 de programaci¢n de aut¢matas programables 205 3.1 Introducci¢n 205 3.2 Caracter¡sticas generales del sistema normalizado IEC 1131-3 206 3.2.1 Tipos de datos 206 3.2.2 Unidades de organizaci¢n del programa de un proyecto 206 3.2.2.1 Subprogramas 207 3.2.2.2 Funciones 208 3.2.2.3 Bloques funcionales 209 3.2.2.4 Variables 210 3.3 Lenguaje normalizado de lista de instrucciones 211 3.3.1 Conceptos generales 211 3.3.2 Identificaci¢n de variables 212 3.3.3 Instrucciones 212 3.3.4 Instrucciones que operan con variables l¢gicas 214 3.3.4.1 Introducci¢n 214 3.3.4.2 Instrucciones de selecci¢n, de entrada y salida o de operaci¢n 214 3.3.4.3 Instrucciones de memorizaci¢n 221 3.3.4.4 Instrucciones que operan con flancos 222 3.3.5 Instrucciones que operan con combinaciones binarias 223 3.3.5.1 Introducci¢n 223 3.3.5.2 Instrucciones de selecci¢n 223 3.3.5.3 Instrucciones aritm?ticas 223 3.3.5.4 Instrucciones de comparaci¢n 224 3.3.5.5 Instrucciones l¢gicas con combinaciones binarias 225 3.3.6 Instrucciones de control 227 3.3.6.1 Instrucciones de salto 227 3.3.6.2 Instrucciones de llamada y retorno de m¢dulo 228 3.3.7 Funciones 230 3.3.8 Bloques funcionales 233 3.3.8.1 Introducci¢n 233 3.3.8.2 Bloques funcionales de memorizaci¢n 233 3.3.8.3 Bloques funcionales de detecci¢n de flanco 235 3.3.8.4 Bloques funcionales temporizadores 236 3.3.8.5 Bloques funcionales contadores 238 3.3.8.6 Bloques funcionales de usuario 242 3.4 Lenguaje normalizado de esquema de contactos 243 3.4.1 Conceptos generales 243 3.4.2 Identificaci¢n de variables 245 3.4.3 Operaciones con contactos 245 3.4.3.1 Operaciones l¢gicas 246 3.4.3.2 Operaciones de memorizaci¢n 249 3.4.3.3 Operaciones con flancos 249 3.4.4 Bloques funcionales 252 3.4.4.1 Bloques funcionales normalizados 252 3.4.4.2 Bloques funcionales de usuario 254 3.4.5 Funciones 254 3.5 Lenguaje normalizado de diagrama de funciones 254 3.5.1 Conceptos generales 254 3.5.2 Identificaci¢n de variables 255 3.5.3 Operaciones l¢gicas 255 3.5.4 Bloques funcionales 257 3.6 Lenguaje normalizado de diagrama funcional de secuencias 258 3.7 Relaci¢n entre el sistema STEP7 y el sistema normalizado IEC1131-3 259 Bibliograf¡a 260 PARTE 3 - SISTEMAS DE CONTROL IMPLEMENTADOS CON AUTàMATAS PROGRAMABLES 4. Fundamentos de los Sistemas Electr¢nicos de Control 263 4.1 Introducci¢n 263 4.2 Clasificaci¢n y fundamentos de los sistemas electr¢nicos de control 264 4.2.1 Clasificaci¢n de los sistemas electr¢nicos de control seg£n la formade controlar el proceso 266 4.2.2 Clasificaci¢n de los sistemas electr¢nicos de control seg£n el tipode variables de entrada 269 4.2.2.1 Introducci¢n 269 4.2.2.2 Sistemas de control l¢gico 269 4.2.2.3 Sistemas de control de procesos continuos 270 4.2.2.3.1 Introducci¢n y clasificaci¢n 270 4.2.2.3.2 Clasificaci¢n de los sistemas de control de procesos seg£n el tipo de se¿ales internas 270 4.2.2.3.3 Clasificaci¢n de los sistemas de control de procesos seg£n el algoritmo de control 273 4.2.3 Clasificaci¢n de los sistemas electr¢nicos de control seg£nla estructura organizativa 276 4.2.4 Clasificaci¢n de los sistemas electr¢nicos de control seg£nel nivel de riesgo 276 Bibliograf¡a 276 5. Dise¿o de sistemas de control l¢gico con aut¢matas programables ?281 5.1 Introducci¢n 281 5.2 Herramientas de dise¿o asistido por computador de los sistemaselectr¢nicos de control l¢gico basados en aut¢matas programables 281 5.2.1 Introducci¢n 281 5.2.2 Administraci¢n de un proyecto STEP7 282 5.2.3 Recursos y requisitos necesarios para desarrollar un programa en STEP7 ???284 5.3 M?todos cl sicos de dise¿o del programa de control 286 5.3.1 Dise¿o de sistemas combinacionales con un aut¢mata programable 287 5.3.2 Dise¿o de sistemas de control l¢gico secuencial implementadoscon un aut¢mata programable 292 5.3.2.1 M?todo de dise¿o basado en la emulaci¢n de biestables RS 292 5.3.2.2 M?todo del algoritmo compacto de emulaci¢n del diagrama de estados 309 5.4 M?todos de dise¿o de sistemas complejos de control l¢gico secuencial 314 5.4.1 M?todo de dise¿o basado en la partici¢n del algoritmo en fases 315 5.4.2 M?todo de dise¿o basado en el diagrama funcional de secuencias 324 5.4.2.1 Introducci¢n 324 5.4.2.2 Conceptos b sicos del lenguaje S7-GRAPH 325 5.4.2.2.1 Reglas de evoluci¢n del lenguaje S7-GRAPH 327 5.4.2.2.2 Operaciones permanentes 333 5.4.2.3 Conceptos avanzados de S7-GRAPH 334 5.4.2.3.1 Denominaci¢n de las etapas 334 5.4.2.3.2 Acciones asociadas a etapas 335 5.4.2.3.3 Supervisi¢n de la evoluci¢n entre etapas 336 5.4.2.3.4 Eventos y acciones asociadas 337 5.4.2.3.5 Acciones para activar y desactivar otras etapas 338 5.4.2.3.6 Transiciones condicionadas por etapas o por otras transiciones 339 5.4.2.3.7 Temporizadores, contadores y operaciones aritm?ticas en acciones 340 5.4.2.4 Integraci¢n de cadenas secuenciales programadas en S7-GRAPH 343 5.4.2.5 Ejemplos de dise¿o de sistemas de control l¢gico mediante el lenguaje S7-GRAPH 345 5.4.2.6 Ejemplos tipo de sistemas de automatizaci¢n dise¿ados con S7-GRAPH ???????353 5.5 Comparaci¢n del m?todo de dise¿o basado en S7-GRAPHy el del diagrama de partici¢n en fases 363 Bibliograf¡a 371 6. Control de procesos mediante aut¢matas programables 373 6.1 Introducci¢n 373 6.2 Controladores no lineales intermitentes 375 6.2.1 Conceptos generales 375 6.2.2 Controlador todo-nada b sico 375 6.2.3 Controlador todo-nada de dos posiciones 376 Controlador todo-nada con hist?resis 376 Controlador todo-nada con zona muerta 378 6.2.4 Controlador todo-nada multiposici¢n 378 6.2.5 Controlador intermitente proporcional en el tiempo 379 6.3 Controladores lineales continuos 380 6.3.1 Introducci¢n 380 6.3.2 Controlador continuo Proporcional 380 6.3.3 Controlador continuo Proporcional, Integral, Derivativo (PID) 383 6.3.3.1 Introducci¢n 383 6.3.3.2 Acci¢n de control Integral 385 6.3.3.3 Acci¢n de control Derivativa 388 6.3.3.4 Combinaci¢n de las acciones Proporcional, Integral y Derivativa (PID) 391 6.3.4 Elecci¢n del algoritmo de control 392 6.3.5 Ajuste emp¡rico de controladores PID 394 6.3.5.1 Introducci¢n 394 6.3.5.2 M?todos emp¡ricos de ajuste con identificaci¢n en bucle abierto 395 6.3.5.2.1 Introducci¢n 395 6.3.5.2.2 M?todo de Ziegler-Nichols con identificaci¢n en bucle abierto 396 6.3.5.2.3 M?todo de Cohen y Coon 399 6.3.5.2.4 M?todo de Chien, Hrones y Reswick (CHR) 400 6.3.5.3 M?todos emp¡ricos de ajuste con identificaci¢n en bucle cerrado 403 6.3.5.3.1 M?todo de "Prueba y error" 403 6.3.5.3.2 M?todo de Ziegler-Nichols con identificaci¢n en bucle cerrado 404 6.3.5.3.3 M?todo del rel? de str?m y H?gglund 404 6.3.5.4 M?todos de ajuste basados en modelos matem ticos 405 6.3.6 Implementaci¢n del control continuo PID medianteun aut¢mata programable 407 6.3.6.1 Introducci¢n 407 6.3.6.2 Bloques funcionales y lenguajes 410 6.3.6.3 Lenguaje CFC de descripci¢n de sistemas de control de procesos continuos 411 Bibliograf¡a 425 PARTE 4 - ENTORNO DE LOS AUTàMATAS PROGRAMABLES 7. Sensores Industriales 429 7.1 Introducci¢n 429 7.2 Caracter¡sticas de los sensores industriales 430 7.2.1 Introducci¢n 430 7.2.2 Clasificaci¢n de los sensores industriales seg£n el principio de funcionamiento del elemento sensor 431 7.2.3 Clasificaci¢n de los sensores seg£n el tipo de se¿al el?ctrica que generan ???432 7.2.3.1 Sensores anal¢gicos 433 7.2.3.2 Sensores digitales 435 7.2.3.3 Sensores temporales 437 7.2.4 Clasificaci¢n de los sensores seg£n el rango de valores 439 7.2.5 Clasificaci¢n de los sensores industriales seg£n el modo de operaci¢n 440 7.2.6 Clasificaci¢n de los sistemas sensores seg£n la funci¢n de transferencia 441 7.2.7 Clasificaci¢n de los sistemas sensores seg£n el nivel de integraci¢n 442 7.2.8 Clasificaci¢n de los sensores seg£n la variable f¡sica medida 445 7.3 Caracter¡sticas de entrada de los sensores industriales 446 7.3.1 Campo o rango de medida 446 7.3.2 Forma de variaci¢n de la magnitud de entrada 447 7.4 Caracter¡sticas el?ctricas 448 7.4.1 Caracter¡sticas el?ctricas de salida 448 7.4.1.1 Sensores de salida anal¢gica 449 7.4.1.2 Sensores de salida digital 450 7.4.1.3 Sensores de salida todo-nada 451 7.4.1.4 Sensores de salida temporal 462 7.4.2 Caracter¡sticas de alimentaci¢n 463 7.4.3 Caracter¡sticas de aislamiento 464 7.5 Caracter¡sticas mec nicas 464 7.5.1 Conceptos generales 464 7.5.2 Grado de protecci¢n ambiental de los sensores industriales 465 7.6 Caracter¡sticas de funcionamiento 465 7.6.1 Introducci¢n 465 7.6.2 Caracter¡sticas est ticas 466 7.6.2.1 Exactitud 467 7.6.2.2 Precisi¢n, repetibilidad y reproducibilidad 467 7.6.2.3 Calibraci¢n 468 7.6.2.4 Hist?resis 469 7.6.2.5 Linealidad 469 7.6.2.6 M¡nimo valor medible o umbral 470 7.6.2.7 Resoluci¢n 470 7.6.2.8 Sensibilidad 471 7.6.3 Caracter¡sticas din micas 471 7.6.3.1 Introducci¢n 471 7.6.3.2 Respuesta en frecuencia 471 7.6.3.3 Tiempo de respuesta 471 7.6.3.4 Tiempo de subida 472 7.6.3.5 Constante de tiempo 473 7.6.3.6 Amortiguamiento o sobreoscilaci¢n (?V) 473 7.6.4 Caracter¡sticas ambientales 473 7.6.4.1 Efectos t?rmicos 473 7.6.4.2 Efectos de la aceleraci¢n y las vibraciones 474 7.6.4.3 Efectos de la presi¢n ambiental 475 7.6.4.4 Efectos de las perturbaciones el?ctricas 475 7.6.4.5 Otros efectos 475 7.6.5 Caracter¡sticas de fiabilidad 476 7.7 Sensores industriales de aplicaci¢n general en procesos de fabricaci¢n 477 7.7.1 Introducci¢n 477 7.7.2 Sensores detectores de objetos 477 7.7.2.1 Introducci¢n 477 7.7.2.2 Sensores de proximidad con contacto 479 7.7.2.2.1 Introducci¢n 479 7.7.2.2.2 Finales de carrera 480 7.7.2.2.3 Microrruptores 492 7.7.2.3 Sensores de proximidad sin contacto 494 7.7.2.3.1 Conceptos generales 494 7.7.2.3.2 S¡mbolos normalizados 495 7.7.2.3.3 Sensores optoelectr¢nicos de proximidad 500 7.7.2.3.3.1 Introducci¢n 500 7.7.2.3.3.2 Caracter¡sticas constructivas de las fotoc?lulas 503 7.7.2.3.3.3 Caracter¡sticas t?cnicas de las fotoc?lulas 505 7.7.2.3.3.4 Sensores optoelectr¢nicos de proximidad de barrera de luz 509 7.7.2.3.3.5 Sensores optoelectr¢nicos de proximidad de reflexi¢n sobre espejo 514 7.7.2.3.3.6 Sensores optoelectr¢nicos de proximidadde reflexi¢n sobre objeto 519 7.7.2.3.3.7 Fotoc?lulas de fibra ¢ptica 525 7.7.2.3.4 Sensores magn?ticos de proximidad 529 7.7.2.3.5 Sensores inductivos de proximidad 530 7.7.2.3.5.1 Conceptos generales 530 7.7.2.3.5.2 Tipos de sensores inductivos de proximidad 533 7.7.2.3.5.3 Campo de trabajo 535 7.7.2.3.5.4 Caracter¡sticas t?cnicas ?539 7.7.2.3.5.5 Normas de instalaci¢n ?544 7.7.2.3.6 Sensores capacitivos de proximidad 545 7.7.2.3.6.1 Conceptos generales 545 7.7.2.3.6.2 Tipos de sensores capacitivos de proximidad 548 7.7.2.3.6.3 Campo de trabajo 550 7.7.2.3.6.4 Caracter¡sticas t?cnicas 554 7.7.2.3.6.5 Normas de instalaci¢n 555 7.7.2.3.7 Sensores ultras¢nicos de proximidad 556 7.7.2.3.7.1 Introducci¢n 556 7.7.2.3.7.2 Ultrasonidos 557 7.7.2.3.7.3 Sensores ultras¢nicos de barrera 566 7.7.2.3.7.4 Sensores ultras¢nicos detectores de eco 568 7.7.2.4 Sensores de medida de distancias 583 7.7.2.4.1 Introducci¢n 583 7.7.2.4.2 Codificadores optoelectr¢nicos de posici¢n 583 7.7.2.4.3 Transformador diferencial variable lineal 586 Bibliograf¡a 588 8. Interfaces de entrada y salida 591 8.1 Introducci¢n y clasificaci¢n 591 8.2 Interfaz de conexi¢n con el proceso 592 8.2.1 Introducci¢n 592 8.2.2 Interfaces de conexi¢n con el proceso de aplicaci¢n general 594 8.2.2.1 Introducci¢n 594 8.2.2.1.1 Interfaces de variables todo-nada 594 8.2.2.1.2 Interfaces de variables anal¢gicas 596 8.2.2.2 Interfaz de variables de entrada todo-nada sin aislamiento galv nico 598 8.2.2.3 Interfaz de variables de entrada todo-nada con aislamiento galv nico 599 8.2.2.3.1 Introducci¢n 599 8.2.2.3.2 Interfaces de variables de entrada todo-nada con aislamientogalv nico y alimentaci¢n en continua 599 8.2.2.3.3 Interfaz de variables de entrada todo-nada con aislamientogalv nico y alimentaci¢n en alterna 607 8.2.2.4 Interfaces de variables de salida todo-nada con alimentaci¢nen continua ???????607 8.2.2.4.1 Clasificaci¢n y descripci¢n 607 8.2.2.4.2 Protecci¢n de las salidas todo-nada 612 8.2.2.5 Interfaces de variables anal¢gicas de entrada 616 8.2.2.6 Interfaces de variables anal¢gicas de salida 620 8.2.3 Interfaces de conexi¢n con el proceso de aplicaci¢n espec¡fica 624 8.2.3.1 Unidades de entrada de medida de temperatura 624 8.2.3.2 Unidades de entrada de contaje 626 8.2.3.3 Unidades de entrada/salida remotas 626 8.2.3.4 Unidades de posicionamiento 629 8.2.3.5 Unidades de regulaci¢n 632 8.3 Interfaces de conexi¢n aut¢mata-usuario 635 8.3.1 Unidades de programaci¢n 635 8.3.2 Equipos de interfaz m quina-usuario 636 8.3.2.1 Introducci¢n 636 8.3.2.2 Caracter¡sticas de los equipos HMI 638 8.3.3 Sistemas de supervisi¢n y adquisici¢n de datos (SCADA) 643 Bibliograf¡a 647 9. El aut¢mata programable y las Comunicaciones Industriales 649 9.1 Introducci¢n 649 9.2 El computador y el ciclo del proceso de un producto 651 9.2.1 Conceptos generales 651 9.2.2 Dise¿o asistido por computador 653 9.2.3 Ingenier¡a asistida por computador 654 9.2.4 Fabricaci¢n asistida por computador 654 9.2.4.1 Introducci¢n 654 9.2.4.2 Clases de automatizaci¢n y sus caracter¡sticas 655 9.2.4.2.1 Automatizaci¢n fija ?655 9.2.4.2.2 Automatizaci¢n programable 656 9.2.4.2.3 Automatizaci¢n flexible 657 9.2.4.2.4 Automatizaci¢n integrada 657 9.2.4.3 Planificaci¢n de los productos a fabricar 658 9.2.4.4 Sistemas electr¢nicos de control 659 9.2.4.4.1 Sistemas de control num?rico 660 9.2.4.4.2 Aut¢matas Programables 666 9.2.4.4.3 Computadores industriales 667 9.2.4.4.4 Sistemas electr¢nicos de control de procesos continuos 676 9.2.4.4.5 Sistemas CAD-CAM 678 9.2.4.5 Sistemas de manipulaci¢n de elementos 679 9.2.4.5.1 Introducci¢n 679 9.2.4.5.2 Conceptos b sicos de los robots y clasificaci¢n de los mismos 679 9.2.4.6 Sistemas de fabricaci¢n flexible 683 9.2.4.6.1 M¢dulo de fabricaci¢n flexible 684 9.2.4.6.2 C?lula de fabricaci¢n flexible 684 9.2.4.6.3 L¡nea de fabricaci¢n flexible 686 9.2.4.6.4 Taller flexible 686 9.2.5 Fabricaci¢n integrada por computador. Pir mide CIM 688 9.2.5.1 Introducci¢n 688 9.2.5.2 Implantaci¢n del modelo CIM 690 9.3 Comunicaciones Industriales 695 9.3.1 Introducci¢n 695 9.3.2 Redes de Comunicaciones Industriales 697 9.3.2.1 Clasificaci¢n de las redes de Comunicaciones Industriales 697 9.3.2.2 Redes de datos 698 9.3.2.2.1 Redes de empresa y de f brica 698 9.3.2.2.2 Redes de c?lula 699 9.3.2.3 Redes de control 701 9.3.2.3.1 Conceptos generales 701 9.3.2.3.2 Redes de controladores 704 9.3.2.3.3 Redes de sensores-actuadores 704 9.3.2.4 Familias de redes industriales 706 9.3.2.5 Redes Ethernet Industrial 706 9.3.2.5.1 Introducci¢n 706 9.3.2.5.2 Tipos de redes Ethernet Industrial 707 9.4 El aut¢mata programable y las Comunicaciones Industriales 709 9.4.1 Introducci¢n 709 9.4.2 Comunicaci¢n entre el aut¢mata programable y losdispositivos de campo 710 9.4.3 Comunicaci¢n entre aut¢matas programables y otrossistemas electr¢nicos de control 712 9.4.4 Dise¿o e implantaci¢n de sistemas de control distribuidobasados en aut¢matas programables 714 9.4.4.1 Introducci¢n 714 9.4.4.2 Metodolog¡a de dise¿o de sistemas de control distribuido 714 Bibliograf¡a 717 PARTE 5 - GARANTÖA DE FUNCIONAMIENTO DE LOS SISTEMAS ELECTRàNICOS DE CONTROL 10. Confiabilidad de los Sistemas Electr¢nicos de Control 723 10.1 Introducci¢n 723 10.2 Sistemas electr¢nicos independientes de seguridad 725 10.2.1 Definici¢n y descripci¢n 725 10.2.2 M¢dulos de seguridad 726 10.2.3 Sensores de seguridad 729 10.2.3.1 Sensores de proximidad de seguridad de actuaci¢n mec nica 729 10.2.3.2 Sensores magn?ticos de posici¢n de seguridad 730 10.2.3.3 Sensores optoelectr¢nicos de seguridad detectores de objetos 731 10.3 Confiabilidad de los aut¢matas programables 734 10.3.1 Introducci¢n 734 10.3.2 Confiabilidad de los aut¢matas programables de aplicaci¢n general 735 10.3.2.1 Introducci¢n 735 10.3.2.2 Recursos internos de diagn¢stico 735 10.3.2.2.1 Circuito de vigilancia 735 10.3.2.2.2 Circuito de comprobaci¢n de la bater¡a 737 10.3.2.2.3 Entradas de seguridad 737 10.3.2.2.4 Instrucciones del tipo MCR 737 10.3.2.2.5 Instrucciones de acceso a la periferia 737 10.3.2.3 Recursos externos de diagn¢stico 737 10.3.2.3.1 Seguridad de las entradas 738 10.3.2.3.2 Seguridad de las salidas 742 10.3.2.4 Seguridad ante sabotajes (Security) 745 10.3.3 Aut¢matas programables de elevada confiabilidad 745 10.3.3.1 Conceptos generales 745 10.3.3.2 Aut¢matas programables de seguridad 748 10.3.3.3 Aut¢matas programables de elevada disponibilidad 752 Bibliograf¡a 755 Ap?ndice 1 - Comunicaciones digitales 757 A1.1 Introducci¢n 757 A1.2 Conceptos b sicos de las comunicaciones digitales punto a punto 758 A1.2.1 Modos o m?todos de transmisi¢n de las se¿ales 759 A1.2.2 Modos de comunicaci¢n 764 A1.2.3 Modos de sincronizaci¢n 766 A1.2.3.1 Transmisi¢n as¡ncrona 766 A1.2.3.2 Transmisi¢n s¡ncrona 769 A1.2.3.3 Transmisi¢n is¢crona 774 A1.2.4 M?todos de detecci¢n de errores 775 A1.2.4.1 Detecci¢n de errores en la transmisi¢n as¡ncrona 776 A1.2.4.2 Detecci¢n de errores en la transmisi¢n s¡ncrona 776 A1.2.5 Medios de transmisi¢n 777 A1.2.5.1 Introducci¢n 777 A1.2.5.2 Conductores 779 A1.2.5.3 Cable coaxial 780 A1.2.5.4 Fibra ¢ptica 780 A1.2.5.5 La atm¢sfera 782 A1.2.6 Caracter¡sticas mec nicas y el?ctricas de las conexiones 783 A1.2.7 Normalizaci¢n de las comunicaciones punto a punto 785 A1.2.7.1 Bucle de corriente 785 A1.2.7.2 Norma RS-232 787 A1.2.7.3 Norma RS-422 790 A1.2.7.4 Norma RS-423 790 A1.2.7.5 Norma RS 485 791 A1.2.7.6 Norma USB 792 A1.3 Redes inform ticas 792 A1.3.1 Introducci¢n 792 A1.3.2 Modelos de interconexi¢n de sistemas inform ticos 793 A1.3.3 Conceptos espec¡ficos de las redes de datos 800 A1.3.3.1 Clasificaci¢n de las redes de datos de acuerdo con la topolog¡a 800 A1.3.3.1.1 Topolog¡a de canales independientes 800 A1.3.3.1.2 Topolog¡a en estrella 801 A1.3.3.1.3 Topolog¡a en bus 802 A1.3.3.1.4 Topolog¡a en  rbol 802 A1.3.3.1.5 Topolog¡a en anillo 804 A1.3.3.1.6 Topolog¡as h¡bridas 804 A1.3.3.2 Clasificaci¢n de las redes inform ticas de acuerdo con la extensi¢n 805 A1.3.3.3 Redes de  rea local 806 A1.3.3.3.1 Conceptos generales 806 A1.3.3.3.2 Redes de  rea local descentralizadas 811 A1.3.3.3.3 Redes de  rea local principal/subordinado 814 A1.3.3.3.4 Redes de  rea local proveedor/consumidor 815 A1.3.3.4 Redes de  rea extensa 816 A1.3.3.4.1 Introducci¢n 816 A1.3.3.4.2 Redes TCP/IP 818 A1.3.4 Interconexi¢n de redes 822 A1.3.5 Redes de  rea local conmutadas 826 A1.3.5.1 Introducci¢n 826 A1.3.5.2 Red Ethernet conmutada 827 A1.4 Infocomunicaciones 829 A1.4.1 Introducci¢n 829 A1.4.2 Aplicaciones de las Infocomunicaciones 830 A1.4.2.1 Aplicaciones generales de las Infocomunicaciones 831 A1.4.2.2 Aplicaciones sectoriales de las Infocomunicaciones 833 Bibliograf¡a 834 Ap?ndice 2 - Red AS-i de sensores-actuadores 837 A2.1 Introducci¢n 837 A2.2 Caracter¡sticas generales 839 A2.3 Capa f¡sica de la red AS-i 840 A2.3.1 Cable de conexi¢n AS-i 840 A2.3.2 M?todo de conexi¢n AS-i 841 A2.3.3 Proceso de modulaci¢n de la se¿al 841 A2.4 Capa de enlace de la red AS-i 843 A2.4.1 Control de acceso al medio 843 A2.4.2 Control L¢gico 844 A2.4.2.1 Identificaci¢n de los subordinados 844 A2.4.2.2 Parametrizaci¢n de los subordinados 845 A2.4.2.3 Funcionamiento del procesador de comunicaciones principal 846 A2.4.2.3.1 Funciones b sicas 846 A2.4.2.3.2 Modos de funcionamiento 847 A2.4.2.3.3 Etapas de funcionamiento 847 A2.4.2.4 Formato de los mensajes 849 A2.4.2.5 àrdenes del protocolo de enlace de la red AS-i 850 A2.5 Capa de aplicaci¢n de la red AS-i 853 A2.6 Componentes de una red AS-i 855 A2.6.1 Fuente de alimentaci¢n AS-i 856 A2.6.2 M¢dulos de conexi¢n 856 A2.6.3 M¢dulos de usuario 857 A2.6.4 Sensores/Actuadores con circuito integrado AS-i 859 A2.6.5 M¢dulo principal 859 A2.6.6 M¢dulos Pasarela AS-i 860 Bibliograf¡a 861 Ap?ndice 3 - Familia de redes de campo PROFIBUS 863 A3.1 Introducci¢n 863 A3.2 Caracter¡sticas generales 863 A3.3 Red PROFIBUS-DP 867 A3.3.1 Caracter¡sticas generales 867 A3.3.2 Capa f¡sica de la red PROFIBUS-DP 868 A3.3.2.1 Medio de transmisi¢n 868 A3.3.2.2 M?todo de codificaci¢n de las se¿ales 871 A3.3.3 Capa de enlace de PROFIBUS-DP 871 A3.3.3.1 Control de acceso al medio 872 A3.3.3.2 Control l¢gico 875 A3.3.3.2.1 Formato de los mensajes 875 A3.3.3.2.2 Servicios de transferencia de datos 877 A3.3.3.2.3 Funcionamiento de los procesadores de comunicaciones A3.3.3.2.4 Tratamiento de los errores de transmisi¢n 881 A3.3.4 Capa de aplicaci¢n de la red PROFIBUS-DP 881 A3.4 Red PROFIBUS-PA 886 A3.5 Red PROFIBUS-FMS 888 A3.6 Principales elementos de una red PROFIBUS 895 A3.6.1 Unidades de entrada-salida remota 895 A3.6.2 Sensores/Actuadores con recursos de comunicaci¢nPROFIBUS integrados 896 A3.6.3 M¢dulos principales PROFIBUS 896 A3.6.4 M¢dulos pasarela PROFIBUS 898 A3.6.5 Repetidores y m¢dulos de enlace PROFIBUS. 898 A3.7 Comparaci¢n de las redes PROFIBUS y AS-i 899 Bibliograf¡a 900 Ap?ndice 4 - Red Industrial Universal Profinet 901 A4.1 Introducci¢n 901 A4.2 Topolog¡a de Profinet 902 A4.3 Sistemas tecnol¢gicos de Profinet 909 A4.3.1 Introducci¢n 909 A4.3.2 Profinet IO 910 A4.3.3 Profinet CBA 913 A4.4 Compatibilidad entre Profinet y PROFIBUS 914 Bibliograf¡a 915 Ap?ndice 5 - Confiabilidad de los Sistemas Electr¢nicos 917 A5.1 Introducci¢n 917 A5.2 Conceptos relacionados con el funcionamiento de un sistema 917 A5.2.1 Conceptos b sicos relativos a la confiabilidad 918 A5.2.1.1 Imperfecciones de un sistema y sus consecuencias 918 A5.2.1.2 Atributos de un sistema en relaci¢n con la confiabilidad 919 A5.2.1.2.1 Fiabilidad 919 A5.2.1.2.2 Disponibilidad 922 A5.2.1.2.3 Mantenibilidad 923 A5.2.1.2.4 Seguridad 926 A5.2.1.2.5 Nivel de comportamiento 929 A5.2.1.2.6 Predecibilidad 929 A5.2.1.2.7 Protecci¢n de la propiedad intelectual 929 A5.2.1.2.8 Verificabilidad 929 A5.2.2 Conceptos relativos a la implementaci¢n de los sistemasde elevada confiabilidad 930 A5.2.2.1 M?todos de realizaci¢n de sistemas para proporcionarelevada confiabilidad 930 A5.2.2.1.1 Prevenci¢n de fallos 930 A5.2.2.1.2 Enmascaramiento de fallos 931 A5.2.2.1.3 Control de fallos 931 A5.2.2.2 M?todos para comprobar y reparar los sistemasde elevada confiabilidad 931 A5.2.3 Clasificaci¢n de los sistemas de elevada confiabilidad 932 A5.2.3.1 Sistemas de aplicaci¢n general de elevadas prestaciones 932 A5.2.3.2 Sistemas utilizados en aplicaciones peligrosas 933 A5.2.3.3 Sistemas de elevada disponibilidad 933 A5.2.3.4 Sistemas de prolongada vida £til 933 A5.3 Verificaci¢n de los sistemas 934 A5.3.1 Introducci¢n 934 A5.3.2 Verificaci¢n est tica 935 A5.3.3 Verificaci¢n din mica 935 A5.3.4 Verificaci¢n externa 935 A5.3.5 Autoverificaci¢n 936 A5.4 Tolerancia a fallos de los sistemas 936 A5.4.1 Introducci¢n 936 A5.4.2 Clasificaci¢n de los sistemas tolerantes a fallos de acuerdocon la redundancia 938 A5.4.2.1 Tipo de elemento redundante 938 A5.4.2.2 Cantidad de redundancia 939 A5.4.2.3 Estrategia de utilizaci¢n de la redundancia 939 A5.5 Los sistemas electr¢nicos y la seguridad ante aver¡as (Safety) 942 A5.5.1 Introducci¢n 942 A5.5.2 Clasificaci¢n de los sistemas electr¢nicos en relaci¢n conla seguridad ante aver¡as 943 A5.5.2.1 Introducci¢n 943 A5.5.2.2 Sistemas electr¢nicos independientes de seguridad 944 A5.5.2.3 Sistemas electr¢nicos de control seguros ante aver¡as(Fail-safe systems) 946 A5.5.2.4 Sistemas electr¢nicos de control seguros ante aver¡as y de elevada disponibilidad 947 A5.5.2.5 Normas relativas a los sistemas de seguridad 947 A5.5.2.5.1 Introducci¢n 947 A5.5.2.5.2 Norma EN 954-1 948 A5.5.2.5.3 Norma IEC 61508 952 A5.5.2.5.4 Norma ANSI/ISA-84.01 959 A5.5.2.5.5 Norma MIL-STD-882D 960 A5.5.2.5.6 Comparaci¢n de las normas IEC 61508 y EN 954-1 961 Bibliograf¡a 961 Ap?ndice 6 Acr¢nimos y abreviaturas utilizados en control l¢gico, control de procesos,sensores industriales, comunicaciones digitales, Comunicaciones Industrialesy seguridad 967 Ap?ndice 7 Propuesta de equivalencias entre el ingl?s y el castellano de t?rminos utilizados en control l¢gico, control de procesos, sensores industriales, comunicaciones digitales, Comunicaciones Industriales y seguridad 985



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