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RESUMEN
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"Tanto el autómata como el ordenador son piezas de un conjunto superior que los engloba -el CIM- donde se combinan ordenadores, control numérico, robots y los propios autómatas. Por ello, el presente libro no se limita a una descripción del autómata, sinó que presenta de forma sistemática y ordenada todos los aspectos relacionados con él, empezando con la elección del más adecuado hasta llegar a la comunicación e integración de sistemas complejos como los citados. La obra se estructura en cuatro partes: la primera se dedica a los conceptos generales de automatización (control industrial, diseño de automatismos lógicos y de automatismos con señales analógicas); la segunda parte se dedica la descripción propiamente dicha del autómata (arquitectura interna, ciclo de funcionamiento y control en tiempo real, configuración, sensores y actuadores, interfaces de entrada/salida, interfaces específicas y programación); la tercera parte se dedica al estudio de las redes de autómatas (comuniaciones digitales, redes industriales, ordenadores industriales compatible PC, aplicaciones); finalmente, la cuarta parte estudia el autómata en su entorno (instalación y mantenimiento). Cuatro anexos (álgebra de Boole, sistemas de numeración y operaciones binarias, autómatas y redes comerciales, y normalización y niveles de protección) completan el texto. Por su orientación práctica, pero no exenta de rigor, la obra está destinada al colectivo de profesionales de la electrónica y la automatización y a estudiantes de carreras y escuelas técnicas relacionadas con esta área. Sobre los autores; > Josep Balcells Doctor Ingeniero Industrial. Es professor titular del Departament d'Enginyerie Electrònica de la UPC en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Terrasa. > José Luis Romeral Doctor Ingeniero Industrial. Es professor titular del Departament d'Enginyerie Electrònica de la UPC en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Terrasa. Índice resumido del libro; Parte I - Automatización: Conceptos Generales 1 - Introductión al control industrial 2- Diseño de automatismos lógicos 3 - Diseño de automatismos con señales analógicas Parte II - El autómata programable 4 - Arquitectura interna del autómata 5 - Ciclo de funcionamento del autómata y control e tiempo real 6 - Configuración del autómata 7 - Sensores y actuadores 8 - Interfaces de entrada/salida 9 - Interfaces específicas 10 - Programación del autómatas 11 - Programación de bloques funcionales 12 - Estructuras de programación 13 - Equipos de programación y servicio de los API Parte III - Redes de Autómatas 14 - Conceptos generales de comunicaciones digitales 15 - Redes de comunicación industriales 16 - Ordenadores industriales compatibles PC 17 - Aplicacioene de los PC industriales Parte IV - El autómata en su entorno 18 - Instalación y mantenimientode autómatas programables Anexo I - Princípios de álgebra lógica Anexo II - Códigos y sistemas de numeración Anexo III - Autómatas y redes comerciales Anexo IV - Normalización y niveles de protección de equipos industriales " |
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INDICE
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PARTE I: AUTOMATIZACIÓN: CONCEPTOS GENERALES1. INTRODUCCIÓN AL CONTROL INDUSTRIAL
1.1. Introducción
1.2. Sistemas de control
1.3. Automatismos analógicos y digitales
1.4. Componentes y modelos
1.5. Automatismos cableados y programables
1.6. El autómata programable
1.7. Control por ordenador
1.8. Resumen
1.9. Referencias
2. DISEÑO DE AUTOMATISMOS LÓGICOS
2.1. Introducción
2.2. Modelos y funciones de transferencia
2.3. Automatismos combinacionales y secuenciales
2.4. Diseño de automatismos combinacionales
2.5. Diseño de automatismos secuenciales
2.6. GRAFCET: Resumen histórico
2.7. Diseño basado en GRAFCET
2.8. GRAFCET: Elementos de base y reglas de evolución
2.9. GRAFCET: Ejemplo de diseño
2.10. Macroetapas y representación en detalle
2.11. Estructuras básicas del GRAFCET
2.11.1. Secuencia lineal
2.11.2. Divergencia y convergencia en «O»
2.11.3. Divergencia y convergencia en «Y»
2.12. Diagramas de flujo y diagramas GRAFCET
2.13. Etapas iniciales, preposicionamiento y alarmas
2.14. Puestas en marcha y paradas: GEMMA
2.14.1. Elementos de base
2.14.2. Estados de funcionamiento
2.14.3. Estados de paro
2.14.4. Estados de fallo
2.15. Método general de diseño basado en GEMMA
2.15.1. Coordinación horizontal
2.15.2. Coordinación piramidal o jerarquizada
2.16. Paros de emergencia
2.17. Ejemplo de diseño
2.17.1. Fases A y B de diseño
2.17.2. Fase C de diseño
2.17.3. Fase D de diseño
2.18. Resumen
2.19. Referencias
3. DISEÑO DE AUTOMATISMOS CON SEÑALES ANALÓGICAS
3.1. Introducción
3.2. Modelo de sistemas analógicos: Diagramas de bloques
3.3. Función de transferencia (FDT)
3.4. Paso de la ecuación diferencial a la FDT
3.5. Respuesta temporal
3.6. Operaciones básicas con bloques
3.7. Bloques de primer y de segundo orden
3.8. Representación gráfica de la FDT
3.8.1. Gráficos de Bode
3.8.2. FDT de primer orden
3.8.3. FDT de segundo orden
3.9. Control en lazo cerrado: Estabilidad
3.10. Acciones básicas de control y su implementación con controla
dores digitales
3.10.1. Acción proporcional
3.10.2. Acción integral
3.10.3. Acción derivativa
3.10.4. Controladores PID
3.11. Controladores todo o nada
3.12. Elección del controlador óptimo
3.12.1. Parámetros de evaluación
3.12.2. Caracterización de la planta
3.12.3. Elección y optimización del regulador
3.12.4. Conclusiones
3.13. Resumen
3.14. Referencias
PARTE II: EL AUTÓMATA PROGRAMARLE
4. ARQUITECTURA INTERNA DEL AUTÓMATA
4.1. Introducción
4.2. Bloques esenciales de un autómata
4.3. Unidad central de proceso, CPU
4.4. Memoria del autómata
4.4.1. Memorias internas
4.4.2. Memoria de programa
4.5. Interfaces de entrada y salida
4.6. Fuente de alimentación
4.7. Resumen
4.8. Referencias
5. CICLO DE FUNDONAMIENTO DEL AUTÓMATA Y CONTROL EN TIEMPO REAL
5.1. Introducción
5.2. Modos de operación
5.3. Ciclo de funcionamiento
5.4. Chequeos del sistema
5.5. Tiempo de ejecución y control en tiempo real
5.6. Elementos de proceso rápido
5.7. Procesado rápido de programas
5.8. Contador de alta velocidad
5.9. Entradas detectoras de flanco
5.10. Resumen
5.11. Referencias
6. CONFIGURACIÓN DEL AUTÓMATA
6.1. Introducción
6.2. Tipos de procesadores en la unidad central de proceso
6.3. Configuraciones de la unidad de control
6.3.1. Multiprocesadores centrales
6.3.2. Procesadores periféricos
6.4. Unidades de control redundantes
6.5. Configuraciones del sistema de entradas/salidas
6.5.1. Entradas/salidas centralizadas
6.5.2. Entradas/salidas distribuidas
6.6. Memorias de masa
6.7. Resumen
7. SENSORES Y ACTUADORES
7.1. Introducción
7.2. Sensores: Clasificación
7.3. Características generales de los sensores
7.3.1. Características estáticas
7.3.2. Características dinámicas
7.4. Transductores de posición: Conceptos generales
7.5. Detectores de proximidad
7.5.1. Conceptos generales
7.5.2. Detectores inductivos
7.5.3. Detectores capacitivos
7.5.4. Detectores ópticos
7.5.5. Detectores ultrasónicos
7.5.6. Criterios de selección
7.6. Medidores de posición o distancia
7.6.1. Potenciómetros
7.6.2. Encoders
7.6.3. Sincros y resolvers
7.6.4. Inductosyn
7.6.5. Sensores láser
7.6.6. Sensores ultrasónicos
7.6.7. Sensores magnetoestrictivos
7.7. Medidores de pequeños desplazamientos y deformaciones
7.7.1. Transformadores diferenciales
7.7.2. Galgas extensométricas
7.7.3. Transductores piezoeléctricos
7.8. Transductores de velocidad
7.8.1. Dinamo tacométrica
7.8.2. Generadores de impulsos
7.9. Acelerómetros
7.10. Transductores de fuerza y par
7.11. Transductores de temperatura
7.11.1. Termostatos
7.11.2. Termopares
7.11.3. Termorresistencias Pt100
7.11.4. Termorresistencias PTC y NTC
7.11.5. Pirómetros de radiación
7.12. Transductores de presión
7.13. Transductores de caudal
7.13.1. Medidores por efecto Venturi
7.13.2. Medidores por presión dinámica
7.13.3. Medidores por velocidad y por inducción
7.13.4. Medidores volumétricos
7.14. Transductores de nivel
7.14.1. Transductores todo o nada
7.14.2. Transductores por presión
7.14.3. Transductores por flotador
7.14.4. Transductores ultrasónicos
7.15. Accionamientos: Clasificación
7.16. Accionamientos eléctricos
7.16.1. Relés y contactores
7.16.2. Servomotores de CC
7.16.3. Servomotores de CA
7.16.4. Motores paso a paso
7.17. Accionamientos hidráulicos y neumáticos
7.17.1. Válvulas
7.17.2. Servoválvulas
7.17.3. Cilindros
7.17.4. Sujeción por vacío
7.17.5. Bombas y motores hidráulicos
7.18. Resumen
7.19. Referencias
8. INTERFACES DE ENTRADA/SALIDA
8.1. Introducción
8.2. Tipos de interfaces de E/S
8.3. Entradas/salidas digitales
8.4. Entradas lógicas
8.4.1. Entradas de CC PNP
8.4.2. Entradas de CC NPN
8.4.3. Entradas de CA
8.5. Salidas lógicas
8.5.1. Salidas de CC PNP
8.5.2. Salidas de CC NPN
8.5.3. Salidas por relé
8.5.4. Salidas estáticas de CA
8.6. Entradas/salidas analógicas
8.7. Conversión D/A
8.7.1. Convertidores unipolares
8.7.2. Convertidores con signo
8.8. Conversión A/D
8.8.1. Adaptación de señal y circuito de S&H
8.8.2. Convertidores basados en contador
8.8.3. Convertidor de aproximaciones sucesivas
8.8.4. Convertidor de doble rampa de integración ..
8.9. Interfaces para entradas analógicas
8.10. Interfaces para salidas analógicas
8.11. Resumen
8.12. Referencias
9. INTERFACES ESPECIFICAS
9.1 Introducción
9.2. Entradas/salidas especiales
9.2.1. Entradas/salidas multiplexadas
9.2.2. Detectores o comparadores de umbral analógico
9.2.3. Medidas de temperatura
9.2.4. Módulos de contaje rápido
9.2.5. Interfaces adaptadoras de señal
9.2.6. Módulos de transmisión serie, o módulos ASCII
9.3. Entradas/salidas inteligentes
9.3.1. Acopladores analógicos
93.2. Convertidores de código binario/BCD
9.3.3. Interfaces de contaje rápido y lectura de recorrido
9,4 Procesadores periféricos inteligentes
9.4.1. Procesadores de regulación PID
9.4.2. Procesadores de posicionamiento
9.5. Resumen
9.6. Referencias
10. PROGRAMACIÓN DEL AUTÓMATA
10.1. Introducción
10.2. Representación de sistemas de control
10.2.1. Descripciones literales
10.2.2. Funciones algebraicas
10.2.3. Esquemas de relés
10.2.4. Diagramas lógicos
10.2.5. Ordinogramas
10.2.6. Representación GRAFCET
10.3. Identificación de variables y asignación de direcciones ..
10.4. Lenguajes de programación
10.5. Lenguajes booleanos y lista de instrucciones
10.6. Diagramas de contactos
10.7. Plano de funciones
10.8. Lenguajes de alto nivel
10.9. Resumen
10.10. Referencias
11. PROGRAMACIÓN DE BLOQUES FUNCIONALES
11.1. Introducción
11.2. Bloques secuenciales básicos
11.2.1. Biestables
11.2.2. Temporizadores
11.2.3. Contadores
11.2.4. Registros de desplazamiento
11.2.5. Secuenciadores paso a paso
11.3. Bloques funcionales de expansión
11.3.1. Funciones de carga y transferencia
11.3.2. Comparaciones de datos
11.3.3. Instrucciones lógicas entre palabras
11.3.4. Funciones aritméticas
11.3.5. Funciones de comunicación
11.4. Instrucciones especiales
11.5. Resumen
11.6. Referencias
12. ESTRUCTURAS DE PROGRAMACIÓN
12.1. Introducción
12.2. Programación lineal
12.2.1. Saltos de programa
12.2.2. Relé maestro de control
12.3. Programación estructurada
12.3.1. Programación modular
12.3.2. Subrutinas
12.4. Programación multitarea
12.5. Tareas rápidas e interrupciones
12.6. Parametrización de módulos funcionales
12.7. Programación de procesadores periféricos inteligentes
12.8. Resumen
12.9. Referencias
13. EQUIPOS DE PROGRAMACIÓN Y SERVICIO DE LOS API
13.1. Introducción
13.2. Equipos de programación
13.2.1. Consolas de programación
13.2.2. Terminales de programación
13.2.3. Software para la programación
13.3. Modos de trabajo de los equipos de programación
13.4. Unidades de diálogo y test
13.5. Visualizadores alfanuméricos
13.6. Terminales de explotación
13.6.1. Terminales gráficos
13.6.2. Ejemplo de programa con terminal
13.7. Resumen
13.8. Referencias
PARTE III. REDES DE AUTÓMATAS
14. CONCEPTOS GENERALES DE COMUNICACIONES DIGITALES
14.1. Introducción
14.2. Ventajas de las comunicaciones
14.3. Algunas definiciones relativas a comunicaciones
14.4. Nomalización: Modelo de referencia OSI
14.4.1. Tareas asignadas a cada uno de los niveles OSI
14.5. Redes locales industriales
14.6. Topología de las LAN
14.7. Nivel físico de la red
14.7.1. Cables
14.7.2. Enlaces por fibra óptica
14.7.3. Modems telefónicos y vía radio
14.7.4. Codificación y sincronización de datos
14.8. Enlaces estándar: Nivel físico
14.8.1. RS-232C, V.24
14.8.2. Bucle de corriente, TTY
14.8.3. RS-422
14.8.4. RS-485
14.8.5. ETHERNET
14.9. Estructura lógica de las LAN
14.9.1. Control de acceso al medio (MAC)
14.9.2. Control lógico de enlace (LLC)
14.10. Control de errores
14.11. Resumen
14.12. Referencias
15. REDES DE COMUNICACIÓN INDUSTRIALES
15.1. Introducción
15.2. Buses de campo
15.3. MODBUS
15.3.1. Estructura de la red
15.3.2. Protocolo
15.3.3. Nivel de aplicación
15.3.4. Variante de MODBUS: JBUS
15.4. BITBUS
15.4.1 Estructura de la red
15.4.2. Protocolo
15.4.3. Nivel de aplicación
15.4.4. Aplicaciones industriales basadas en BITBUS
15.5. PROFIBUS
15.5.1. Estructura de la red
15.5.2. Protocolo
15.5.3. Aplicación
15.5.4. Algunas redes industriales basadas en PROFIBUS
15.6. Multíplexores de E/S
15.7. Redes LAN industriales
15.8. MAP
15.8.1. Estructura de la red y protocolo
15.8.2. Nivel de aplicación
15.9. MINIMAP
15.9.1. Estructura de la red
15.9.2. Protocolo
15.9.3. Procedimientos de inicialización
15.10. ETHERNET
15.10.1. Estructura de la red
15.10.2. Protocolo
15.10.3. Procedimientos de inicialización
15.11. Nivel de aplicación: Software
15.12. Resumen
15.13. Referencias
16. ORDENADORES INDUSTRIALES COMPATIBLES PC
16.1. Introducción
16.2. Autómata programable versus PC industrial
16.3. Características generales de un PC de aplicación industrial
16.4. Protecciones en el PC industrial
16.5. Configuración hardware del PC industrial
16.5.1. Unidad central de proceso y memoria interna
16.5.2. Interfaces E/S y controladores
16.5.3. Memorias masivas
16.5.4. Buses de interconexión
16.5.5. Periféricos del PC industrial
16.6. Presentaciones constructivas de PC industriales
16.7. Resumen
16.8. Referencias
17. APLICACIONES DE IOS PC INDUSTRIALES
17.1. Introducción
17.2. Sistemas operativos para PC industrial
17.3. Software para aplicaciones industriales
17.4. Funciones de los PC en la industria
17.5. Interfaz del PC con el mundo exterior
17.6. Sistemas de adquisición de datos
17.6.1. Sistemas de adquisición basados en tarjetas TAD
17.6.2. Sistemas de adquisición basados en instrumentos
17.7. El PC como controlador industrial ,
17.7.1. Red de autómatas-PC
17.7.2. El PC en control directo de planta
17.7.3. Sistemas de control distribuido
17.8. Aplicaciones para la supervisión y el control de producción
17.8.1. SCADA
17.8.2. Estructura de un paquete SCADA
17.9. Aplicaciones para la gestión de la información de planta
17.9.1. Software para el control de calidad
17.9.2. Software para el mantenimiento
PARTE IV. EL AUTÓMATA EN SU ENTORNO
18. INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE AUTÓMATAS PROGAMABLES
18.1. Introducción
18.2. Fase de proyecto con AP
18.3. Selección del autómata
18.4. Fase de instalación
18.5. Fijaciones y condiciones mecánicas
18.6. Espacios de ventilación
18.7. Distancias de seguridad eléctrica
18.8. Condiciones ambientales
18.9. Compatibilidad electromagnética
18.9.1. Origen y propagación de interferencias
18.9.2. Espectro de frecuencias
18.9.3. Comportamiento de los cables a alta frecuencia
18.9.4. Acoplamiento entre cables
18.9.5. Radiación
18.9.6. Descargas electrostáticas
18.9.7. Clasificación y separación de ambientes
18.9.8. Red de alimentación
18.9.9. Resumen de criterios de protección
18.10. Alimentación y protecciones
18.11. Distribución y cableado interno del armario de control
18.12. Cableado externo
18.13. Diseño e instalación del software
18.14. Fiabilidad de las instalaciones con autómatas
18.14.1. Fiabilidad
18.14.2. Disponibilidad
18.14.3. Seguridad
18.14.4. Averías en las instalaciones de autómatas
18.15. Mantenimiento de instalaciones con autómatas
18.16. Resumen
18.17. Referencias
ANEXOS
ANEXO I. PRINCIPIOS DE ÁLGEBRA LÓGICA
A1.1. Componentes todo-nada y variables lógicas
A1.2. Operaciones lógicas
A1.3. Propiedades del álgebra lógica
A1.4. Funciones lógicas: tabla de verdad
A1.5. Símbolos lógicos
A1.6. Tabla de Kamaugh y simplificación
A1.7. Referencias
ANEXO II. CÓDIGOS Y SISTEMAS DE NUMERACIÓN
A2.1. Información digital
A2.2. Sistema de numeración binario
A2.3. Números negativos en sistema binario
A2.4. Código BCD
A2.5. Sistema hexadecimal
ANEXO III. AUTÓMATAS Y REDES COMERCIALES
A3.1. Información
ANEXO IV. NORMALIZACIÓN Y NIVELES DE PROTECCIÓN DE EQUIPOS INDUSTRIALES
A4.1. Necesidad de una normalización industrial
A4.2. Compatibilidad y susceptibilidad electromagnéticas
A4.3. Solidez mecánica y especificaciones de operación
A4.4. Grados de protección
A4.5. Ejemplo de especificaciones
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