electric soul man: historia de los plc hasta la actualidad

HISTORIA Y ALGO MAS

ANTECEDENTES En 1937, México tenía 18.3 millones de habitantes; de los cuales, únicamente siete millones contaban con electricidad, proporcionada con serias dificultades por tres empresas privadas. Las interrupciones de luz eran constantes y las tarifas muy elevadas, debido a que esas empresas se enfocaban a los mercados urbanos más redituables, sin contemplar a las poblaciones rurales, donde habitaba más de 62% de la población. Para dar respuesta a esa situación que no permitía el desarrollo económico del país, el gobierno federal creó, el 14 de agosto de 1937, la Comisión Federal de Electricidad(CFE), misma que comenzó a construir plantas generadoras y con ello benefició a más mexicanos mediante el bombeo de agua de riego, el arrastre y la molienda; así como con alumbrado público y a viviendas. Los primeros proyectos de generación de energía eléctrica de CFE se realizaron en Teloloapan, Guerrero; Pátzcuaro, Michoacán; Suchiate y Xía, en Oaxaca, y Ures y Altar, en Sonora; el primer gran proyecto hidroeléctrico se inició en 1938 con la construcción de los canales, caminos y carreteras de lo que después se convirtió en el Sistema Hidroeléctrico Ixtapantongo, en el Estado de México, que posteriormente fue nombrado Sistema Hidroeléctrico Miguel Alemán. En 1938, Comisión tenía apenas una capacidad de 64 kW, misma que, en ocho años, aumentó hasta alcanzar 45,594 kW. Entonces, las compañías privadas dejaron de invertir y CFE se vio obligada a generar energía para que éstas la distribuyeran en sus redes, mediante la reventa. Pero para 1960, CFE aportaba 54% de los 2,308 MW de capacidad instalada; la Mexican Light, 25%; la American and Foreign, 12%, y el resto de las compañías, 9%. Sin embargo, a pesar de los esfuerzos de generación y electrificación, para esas fechas apenas 44% de la población contaba con electricidad. Por eso el entonces presidente Adolfo López Mateos decidió nacionalizar la industria eléctrica, el 27 de septiembre de 1960. A partir de entonces, se comenzó a integrar el Sistema Eléctrico Nacional, extendiendo la cobertura del suministro y acelerando la industrialización. El Estado mexicano adquirió los bienes e instalaciones de las compañías privadas, las cuales operaban con serias deficiencias por la falta de inversión y los problemas laborales. Para 1961, la capacidad total instalada en el país ascendía a 3,250 MW. CFE vendía 25% de la energía que producía y su participación en la propiedad de centrales generadoras de electricidad pasó de cero a 54%. En poco más de 20 años, nuestra empresa había cumplido uno de sus más importantes cometidos: ser la entidad rectora en la generación de energía eléctrica. En esa década, la inversión pública se destinó en más de 50% a obras de infraestructura. Se construyeron importantes centros generadores, entre ellos los de Infiernillo y Temascal. También se instalaron plantas generadoras, alcanzando, en 1971, una capacidad instalada de 7,874 MW. Al finalizar esa década, se superó el reto de sostener el mismo ritmo de crecimiento, al instalarse entre 1970 y 1980 centrales generadoras que dieron una capacidad instalada de 17,360 MW. En los 80, el crecimiento fue menos espectacular, principalmente por la disminución en la asignación de recursos. No obstante, en 1991 la capacidad instalada ascendió a 26,797 MW. Actualmente, la capacidad instalada en el país es de 49,931 MW*, de los cuales 44.87% corresponde a generación termoeléctrica de CFE; 22.95% a *productores independientes de energía (PIE); 22.14% a hidroelectricidad; 5.21% a

centrales carboeléctricas; 1.93% a geotérmica; 2.73% a nucleoeléctrica, y 0.17% a eoloeléctrica. Debe señalarse que, en los inicios de la industria eléctrica mexicana operaban varios sistemas aislados, con características técnicas diferentes; llegando a coexistir casi 30 voltajes de distribución, siete de alta tensión para líneas de transmisión y dos frecuencias eléctricas de 50 y 60 hertz. Ello dificultaba el suministro de electricidad, por lo que CFE definió y unificó los criterios técnicos y económicos del Sistema Eléctrico Nacional, normalizando los voltajes de operación, con la finalidad de estandarizar los equipos, reducir sus costos y los tiempos de fabricación, almacenaje e inventariado. Luego, unificó la frecuencia a 60 hertz e integró los sistemas de transmisión en el Sistema Interconectado Nacional. Otro rubro se refiere a la red de transmisión de electricidad, el cual se compone de 49,012 kilómetros de líneas de 400, 230 y 161 kV; 353 subestaciones de potencia con una capacidad de 143,960 MVA, y 47,283 kilómetros de líneas de subtransmisión de 138 kV y tensiones menores. Por su parte, el sistema de distribución (que también estaba en ceros en 1937) cuenta actualmente con 1,649 subestaciones con 44,140 MVA de capacidad; 7,292 circuitos de distribución con una longitud de 388,076 kilómetros; 1,063,333 transformadores de distribución con una capacidad de 35,097 MVA; 246,106 kilómetros de líneas secundarias de baja tensión y 660,874 kilómetros de acometidas. Actualmente 136,7471/ localidades tienen electricidad y sus habitantes reciben una atención más rápida y cómoda en las 963 oficinas de atención al público y los 2,123 cajeros CFEmático, en los que se puede pagar el recibo de luz a cualquier hora, los 365 días del año. *Incluye 21 centrales de productores independientes de energía (PIE) con una capacidad total de 11,456.90 MW. Subdirección de Transmisión. Los indicadores de desempeño muestran con claridad el grado con el que se cumplen los objetivos estratégicos de la Subdirección. Bajo este contexto, contando con un escenario tecnológico de 352 Subestaciones de Potencia, con 143 128,24 MVA en operación, 2 549 transformadores de potencia, 6 591 Interruptores, 14 867 cuchillas desconectadoras, 33 860 Transformadores de Instrumento, 10 561 Apartarrayos, así como 826 Líneas de Transmisión con 54 032,25 km. (tensiones de 400 a 13,8 kV), se ha logrado obtener un Tiempo de Interrupción por Usuario por Transmisión de 1,02 minutos por usuario, y un índice de Salidas por Falla en Líneas de Transmisión de 0,57 y 0,49 salidas por cada 100 km. en las tensiones de 400 kV y 230 kV, respectivamente. Actualmente en esas centrales de manejo de Energía Eléctrica se esta dando un proceso de modernización lo cual es sinónimo de automatización y administración de energía del sistema eléctrico de potencia porque hasta antes el trabajo se hacia

“manualmente” tenía que haber operadores que accionaran interruptores o “abrieran” circuitos en los momentos en que habían fallas ya que sino se atendían en el momento podían explotar protecciones o dañarse el equipo que permite funcione el sistema. El inconveniente de esto era que el daño estaba en función de cuanto se tardaran en “visualizar” que acciones tomar para darle “salida” a la energía por rutas alternativas ya que la energía eléctrica no se puede almacenar en un “recipiente”. El reemplazó de equipo electromecánico está en función del dinero que se pueda invertir en dichos sistemas así que depende del área de control o el tamaño y disponibilidad para meter cierto equipo de ciertas características estos trabajos se empezaban a llevar a cabo hace unos años. El futuro Una red “inteligente” que decide en fracciones de segundo las acciones para librar fallas, permisos para acciones de mantenimiento, informe de eventos y de variables eléctricas las cuales sirven para informar a la red central de coordinación del sistema CENACE (centro nacional de control de energía) y mantener todos los puntos de esta gran red en optimas condiciones además de comunicarse entre sí para mantener el funcionamiento en lo posible prácticamente contínuo ya que para las empresas el tener energía sin interrupción de ningún tipo es no tener perdidas monetarias y para el negocio de la generación y distribución de energía es confiabilidad y crecimiento para incluso vender energía a otros sistemas vecinos ,en nuestro caso, E.U. , Centro América y Sudamérica. ¿Cómo surgen los Controladores Lógicos Programables (PLC :Programmable Logic Controller por sus siglas en inglés) y sus características.? El desarrollo e introducción de los relés, hace muchos años, fue un paso gigantesco hacia la automatización e incremento de la producción. La aplicación de los relés hizo posible añadir una serie de lógica a la operación de las máquinas y de esa manera reducir la carga de trabajo en el operador, y en algunos casos eliminar la necesidad de operadores humanos. Por ejemplo, los relés hicieron posible establecer automáticamente una secuencia de operaciones, programar tiempos de retardo, conteo de eventos o hacer un evento dependiente de que ocurrieran otros. Los relés con todas sus ventajas, tienen también naturalmente sus desventajas, tienen sólo un período de vida; su naturaleza electromecánica dictamina, que después de un tiempo de uso serán inservibles, sus partes conductores de corriente pueden en un momento quemarse o fundirse, desbaratando la lógica establecida y requiriendo su reemplazo. Tal vez la inconveniencia más importante de la lógica con relés es su naturaleza fija. La lógica de un panel de relés es establecida por los ingenieros de diseño, se implementa entonces colocando relés en el panel y se alambra como se prescribe. Mientras que la máquina dirigida por el panel de relés continua llevando a cabo los mismos pasos en la misma secuencia, todo está perfecto, pero cuando existe un re diseño en el producto o un cambio de producción en las operaciones de esa máquina o en su secuencia, la lógica del panel debe ser re diseñada. Si el cambio es lo suficientemente grande, una opción más económica puede ser desechar el panel actual y construir uno nuevo.

Este fue el problema encarado por los productores de automóviles a mediados de los setenta. A lo largo de los años se habían altamente automatizado las operaciones de producción mediante el uso de los relés, cada vez que se necesitaba un cambio, se invertía en él una gran cantidad de trabajo, tiempo y material, sin tomar en cuenta la gran cantidad de tiempo de producción perdido. La computadora ya existía en esos tiempos y se le dio la idea a los fabricantes de que la clase de control que ellos necesitaban podría ser llevado a cabo con algo similar a la computadora. Las computadoras en sí mismas, no eran deseables para esta aplicación por un buen número de razones. La comunidad electrónica estaba frente a un gran reto: diseñar un artefacto que, como una computadora, pudiese efectuar el control y pudiese fácilmente ser re programada, pero adecuado para el ambiente industrial. El reto fue enfrentado y alrededor de 1969, se entregó el primer controlador programable en las plantas ensambladoras de automóviles de Detroit, Estados Unidos. De acuerdo con la definición de la "Nema" (National Electrical Manufacturers Association) un controlador programable es: "Un aparato electrónico operado digitalmente, que usa una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones para implementar funciones específicas, tales como lógica, secuenciación, registro y control de tiempos, conteo y operaciones aritméticas para controlar, a través de módulos de entrada/salida digitales (ON/OFF) o analógicos (1 5 VDC, 4 20 mA, etc.), varios tipos de máquinas o procesos. Los controladores lógicos programables o PLC's son dispositivos electrónicos ampliamente utilizados en la automatización industrial. La historia de los PLC se remonta a finales de la década de 1960, cuando la industria buscó una solución más eficiente para reemplazar los sistemas de control basados en circuitos eléctricos con relevadores, interruptores y otros componentes comúnmente utilizados para el control de los sistemas de lógica combinacional. El sistema basado en relevadores, tenía un tiempo de vida limitado y se necesitaba un sistema de mantenimiento muy estricto. El alambrado de muchos relevadores en un sistema muy grande era muy complicado; si había una falla, la detección del error era muy tediosa y lenta. La empresa Bedford Associates (Bedford, MA) propuso un sistema al que llamó Modular Digital Controller o MODICON. El MODICON 084 fue el primer PLC producido comercialmente. Este nuevo controlador tenía que ser fácilmente programable, su vida útil tenía que ser larga y ser resistente a ambientes difíciles. Esto se logró con técnicas de programación conocidas y reemplazando los relevadores por elementos de estado sólido. Con este sistema, cuando la producción necesitaba variarse, solo se tenía que variar el sistema. A mediados de los años 70, la AMD 2901 y 2903 eran muy populares entre los PLC MODICON. Por esos tiempos los microprocesadores no eran tan rápidos y sólo podían compararse a PLC's pequeños. Con el avance en el desarrollo de los microprocesadores (más veloces), cada vez PLC's más grandes comenzaron a basarse en ellos. La habilidad de comunicación entre ellos apareció aproximadamente en el año 1973. El primer sistema que lo hacía fue el Modbus de Modicon. Los PLC's podían incluso estar alejados de la maquinaria que controlaban, pero la falta de estandarización debido al constante cambio en la tecnología hizo que esta comunicación se tornara difícil.

En los años 80 se intentó estandarizar la comunicación entre PLCs con el protocolo de automatización de manufactura de la General Motors (MAP). En esos tiempos el tamaño del PLC se redujo, su programación se realizaba mediante computadoras personales (PC) en vez de terminales dedicadas sólo a ese propósito. En los años 90 se introdujeron nuevos protocolos y se mejoraron algunos anteriores. El estándar IEC 1131-3 intentó combinar los lenguajes de programación de los PLC en un solo estándar internacional. Ahora se tienen PLC's que se programan en función de diagrama de bloques, listas de instrucciones, lenguaje C, etc. al mismo tiempo. También se ha dado el caso en que computadoras personales (PC) han reemplazado a los PLC's, como ejemplo, la compañía original que diseño el primer PLC (MODICON) ahora crea sistemas de control basados en PC. Hoy en día, los PLC's no sólo controlan la lógica de funcionamiento de máquinas, plantas y procesos industriales, sino que también pueden realizar operaciones aritméticas, manejar señales analógicas para realizar estrategias de control, tales como los controladores proporcional integral derivativo (PID). Los PLC's actuales pueden comunicarse con otros controladores y computadoras en redes de área local, y son una parte fundamental de los modernos sistemas de control distribuido. Características: Un PLC está compuesto por una serie de módulos con una función determinada: CPU: Ejecuta de modo continuo el programa en función de los datos contenidos en la memoria, con velocidades que actualmente alcanzan varios cientos de miles de instrucciones por segundo. Memoria: La memoria, se encuentra dividida en dos partes: una memoria de programa, en la que están almacenadas las instrucciones del programa a ejecutar y una memoria de datos, en la que están almacenados los resultados intermediarios de cálculos y los diversos estados. Relevadores: Existen físicamente y son externos al controlador; se conectan al mundo real y reciben señales de sensores, switches, etc. Relevadores internos: Se encuentran simulados vía software, son completamente internos al PLC, por lo que los externos pueden eliminarse o remplazarse. Contadores: También son simulados por software y se les programa para contar pulsos de señal. El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso. La constante evolución del hardware y software amplía constantemente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales. Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un proceso de maniobra, control, señalización, etc, por tanto, su aplicación abarca desde procesos de fabricación industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, control de instalaciones, etc.

Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la posibilidad de almacenar los programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o alteración de los mismos, etc., hace que su eficacia se aprecie fundamentalmente en procesos en que se producen necesidades tales como: * Espacio reducido * Procesos de producción periódicamente cambiantes * Procesos secuenciales * Maquinaria de procesos variables * Instalaciones de procesos complejos y amplios * Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso Como algunos ejemplos de aplicaciones generales tenemos: * Maniobra de máquinas * Maquinaria industrial de plástico * Máquinas transfer * Maquinaria de embalajes * Maniobra de instalaciones: o Instalación de aire acondicionado, calefacción o Instalaciones de seguridad * Señalización y control: o Chequeo de programas o Señalización del estado de procesos Algunas de las ventajas que tienen los PLC's son: * Menor tiempo de empleo en la elaboración de proyectos debido a que: • No es necesario dibujar el esquema de contactos • No es necesario simplificar las ecuaciones lógicas, ya que por lo general la capacidad de almacenamiento del módulo de memoria es lo suficientemente grande. • La lista de materiales queda reducida, y al elaborar el presupuesto correspondiente se elimina parte del problema de contar con diferentes proveedores y distintos plazos de entrega. • Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni añadir aparatos. • Mínimo espacio de ocupación. • Menor costo de mano de obra de la instalación. • Economía de mantenimiento. Además de aumentar la fiabilidad del sistema, al eliminar contactos móviles, los mismos operadores pueden indicar y detectar averías. • Posibilidad de operar varias máquinas con un mismo técnico. • Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar reducido el tiempo de cableado. • Si por alguna razón la máquina queda fuera de servicio, el operador sigue siendo útil para otra máquina o sistema de producción.

Programación de PLC´s Los PLC's pueden ser programados y depurados "en línea" ,esto es, en modo RUN. El lenguaje de programación más común es "lógica de escalera", el cual no es mas que el diagrama del circuito de control eléctrico, con un avanzado set de instrucciones, ensamblado por el software de programación y ejecutado por el procesador del PLC para simular un circuito eléctrico virtual. Se pueden usar PLC's para aplicaciones autónomas, en redes industriales con terminales de operador, computadoras y redes de computadoras bajo DOS, Windows 3.1x/95/98/2000/NT o UNIX.. También existen lenguajes de programación para PLC´s que se basan en diagramas o instrucciones en funciones con compuertas AND, OR, Timers, instrucciones de SET/RESET, etc. Existe también un lenguaje de programación en listas de instrucciones, que es muy útil para programar tareas de automatización complejas y se basan en subrutinas que pueden estar integradas en el set de programación del Software para cada PLC o le dan al Usuario la facilidad de su manejo para poder desarrollar programación libre e incluso existen CPU´s de PLC´s que se pueden programar en lenguaje C, Basic, etc. El futuro de los PLC´s Bueno actualmente otras compañías desarrolladoras de estas “computadoras” programables llaman a los equipos que desarrollan de alguna otra manera porque tienen las funciones básicas de un PLC pero claro que añadidas otras prestaciones e innovaciones tecnológicas las cuales los hacen más capaces que un PLC común por decir algo, es decir, otros competidores entran al mercado de controladores ofreciendo mejor precio o mejor desempeño en sus equipos. En México hay más de 20 empresas entre nacionales y extranjeras que se dedican a este rubro de la automatización que abarca no sólo subestaciones sino a toda la industria y hasta en el hogar. En cuanto a las subestaciones se emplea en conjunto con el manejo de equipo de control automático la PC para el manejo de datos para comunicarse con el equipo de toda la subestación y comunicación entre subestaciones y el CENACE en donde tiene que ver un protocolo llamado DNP (Distributed Network Protocol) versión 3.0. usado actualmente. La evolución de SCADA / SEMA Managing the world’s power networks : “ Administrador mundial de las redes de potencia.” Las redes de potencia son sistemas complejos que no pueden ser operados segura ni eficientemente junto con un sistema administrador de energía. ABB (Asea Brown Boveri, empresa multinacional suiza fabricante de equipos eléctricos y de automatización) es el líder mundial en sistemas de gestión de energía con más de 5000 instalaciones en todo el mundo - más que cualquier otra compañía. ¿Qué es SCADA / EMS y SCADA / DMS? SCADA / EMS (Supervisory Control and Data Acquisition/Energy Management System por sus siglas en inglés: Control de Supervisión y Adquisición de Datos / Sistema de Gestión de Energía) supervisa, controla, gestiona y optimiza los sistemas de transmisión y generación. SCADA / DMS (Distribution Management System por sus siglas en inglés: Administrador de Sistemas de Distribución) realiza las mismas funciones para las redes de distribución de energía.

Ambos sistemas permiten recopilar, almacenar y analizar datos de cientos de miles de puntos en las redes nacionales o regionales, realizar el modelado de red, simulan el funcionamiento, identifican fallas, previenen interrupciones, y permiten la participación en los mercados intercambiarios de energía. Control en base a Computadora Aunque los orígenes del control de potencia se remontan a la década de 1920 cuando ABB suministra su primer sistema de control remoto para una central eléctrica, no fue sino hasta la década de 1960 (y con el advenimiento de los sistemas de control de procesos en base a computadora) que el control de procesos de los sistemas de energía fue posible como lo conocemos en la actualidad. . La mayoría de los sistemas SCADA / SEMA en ese momento fueron diseñados exclusivamente para un solo cliente..Y como los Sistemas de energía son vulnerables, entonces es necesario desarrollar aplicaciones y herramientas para la prevención de fallas de desarrollo en gran escala como sucedió en Nueva York con el apagón de 1977. En la década de 1980 fue posible el modelado a gran escala de redes en forma normalizada o estandarizada. Un proyecto clave que refleja este logro fue la integración de ABB a la generación, transmisión y distribución de redes en Bogotá, Colombia. LA DESREGULACIÓN Y LA INTERCONEXIÓN MÁS ALLÁ DE LAS FRONTERAS La desregulación y la privatización de la industria de energía de potencia que comenzó en 1990 fue el mayor cambio estructural en toda su historia.. La especialización se convirtió cada vez más común, con muchas empresas centrándose en la generación, transmisión o distribución. Al mismo tiempo, la necesidad de interconexión nacional o regional de los sistemas de energía se hizo necesaria para las transacciones de sistemas de control. En este intercambio se requiere operadores de sistemas independientes (ISO: independent system operators), como los de California y Nueva York, para operar en tiempo real los mercados de la energía comercial. Ahora con la especialización de esa norma, las necesidades de dichos operadores de energía están comenzando a diferir: Las Empresas Generadoras necesitan un intermediario para el comercio en los mercados de energía, y la capacidad para planificar y optimizar la oferta para satisfacer la demanda del mercado; las empresas de transporte requiere sistemas avanzados para la gestión de sus redes de alta tensión y evitar una falla en una parte del sistema. Y los operadores de distribución deben tener la gestión de la red hasta el nivel individual de cada uno de los puntos de conexión del cliente (a menudo del orden de varios millones) para reducir al mínimo la interrupción del servicio. Responder al reto. A lo largo de los últimos 40 años, ABB ha sido contratado para muchos de los proyectos de gestión de energía más difíciles del mundo. Entre dichos entes que contrataron los servicios en los últimos años figuran:

Para Distribución. China Light & Power, Hong Kong (1998) un sistema completo de gestión de distribución que supervisa y controla la red de distribución de Kowloon y los Nuevos Territorios, y atienden a más de 2 millones de clientes. Para Transmisión. ENEL, Italia (2000) – el cual es un avanzado sistema que integra y controla toda la red de transmisión de datos de Italia y la generación de tres redes de productores independientes de energía. Para Generación. Endesa, España (2001) - es una empresa de generación y administración de energía , es una de las más grandes del mundo, que abarca 50 centrales de generación y el suministro de programación avanzada para la optimización y control, así como el comercio de energía en el mercado. Independent system operators (ISO) Los operadores de sistemas independientes (ISO) California (CAISO) en 1988 y Nueva York (NYISO) en 2003, dos de las más grandes y complejos sistemas de energía en el mundo. En 2003, ABB fue elegido para hacer el primer suministro a China en cuanto a gestión de la energía y potencia para su sistema de energía eléctrica el nombre de la empresa es Oriental Group Corporation. OBJETIVO GENERAL -implementación de un sistema de coordinación de protecciones para la subestación Eléctrica Topilejo en base a un PLC. OBJETIVOS ESPECIFICOS Investigar los conceptos básicos acerca de los PLC´s investigar sobre el sistema SCADA y el protocolo DNP(Distributed Network Protocol por sus siglas en inglés).V.3.0.0. - investigar las partes esenciales del PLC: 3720 ACM y aprender el entorno de programación de dicho PLC - implementación del sistema para la coordinación de protecciones.

METODOLOGÍA Se investigara que elementos se requieren para lograr que el PLC este comunicado con los diferentes dispositivos de la subestación para así se puedan ejecutar a distancia las acciones requeridas de protección de los elementos importantes como el transformador que es el elemento más grande y por consiguiente el más caro de toda la subestación. Se investigara todo lo básico que hay que saber de un PLC como su arquitectura y los conceptos que hay que saber y manejar para comprender la base sobre la que están construidos los PLC, es decir, toda la teoría necesaria. Se consultara en otros trabajos escritos, es decir buscar información en tesis e Internet. Se aprenderá a programar un PLC 3720 con el apoyo de compañeros en el área de control en Posgrado.

Se consultara y se tendrá la ayuda del profesor de asignatura de Temas Selectos de Energía Eléctrica para orientación para la información del PLC así como lo que se necesite para llevar a cabo la implementación y las visitas a la Subestación Topilejo. En la Subestación Topilejo ya está implementado todo el sistema tan sólo se documentara la manera en que se llevó a cabo. PROGRAMA En el primer capítulo se vera todo lo relacionado a los PLC´s en general. En el segundo capítulo se vera todo lo relacionado al sistema de protecciones en relación con los elementos que se encuentran en al subestación y el sistema y protocolo de comunicaciones usado en la subestación en cuestión. En el tercer capítulo todo lo relacionado a un PLC en particular. En el cuarto capítulo todo lo relacionado a la implementación del sistemas de protecciones en base al programa de dicho PLC. 1. DESCRIPCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DEL PLC 1.1. INTRODUCCION ……………………………………………………………………1 1.2. CARACTERISTICAS DEL PLC ……………………………………………………8 1.3. PARTES DEL SISTEMA ……………………………………………………………9 1.4. PROCEDIMIENTOS OPERACIONALES ……………………………………….13 1.5. CONTROL DE BOBINAS Y CONTACTOS: DIRECTO Y LÓGICA DIGITAL…………………………………………………..16 1.6. DIRECCIONES Y REGISTROS ………………………………………………….22 1.7. TIMERS Y CONTADORES ……………………………………………………….23 1.8. FUNCIONES DISCRETAS ……………………………………………………….24

2. SISTEMA DE PROTECCIONES EN SUBESTACIONES ELÉCTRICAS 2.1. PARTES PRINCIPALES Y PROTECCIONES…………………………………..29 2.2. PROGRAMACIÓN DE FUNCIONES BÁSICAS…………………………………33 2.3. SISTEMA SCADA…………………………………………………………………..35 2.4. PROTOCOLO DNP(Distributed Network Protocol) V.3.0.0……………………46

3. PLC 3720 ACM DE POWER MEASUREMENTS LTD.

3.1. INSTALACIÓN………………………………………………………………………54

3.2. OPERACIÓN GENERAL 3.3. MEDICIÓN DE PARÁMETROS 3.4. SISTEMA DE REFERENCIA 3.5. CAPTURAS DE FORMA DE ONDA Y SIMULACIÓN 3.6. ACERCA DEL REPORTE DE DATOS 3.7. COMUNICACIONES

4. PROGRAMA PARA LA COORDINACIÓN DEL SISTEMA DE PROTECCIONES

PARA LA SUBESTACIÓN TOPILEJO. 4.1. PROGRAMA 4.2. TIPOS Y ESPECIFICACIÓN DE CONEXIONES DEL PLC A LOS DEMÁS EQUIPOS DE LA SUBESTACIÓN.

4.3. RESULTADOS Y CONCLUSIONES 4.4. INFRAESTRUCTURA, RECURSOS Y APOYO Para la investigación se cuenta con Internet y las tesis están disponibles en la biblioteca de la Facultad. Para la programación del PLC se tiene el apoyo de compañeros en el área de control en el Posgrado. Para la implementación se tiene el apoyo del Ing. Juan C. Altamirano para la visita a la subestación Topilejo donde ya está implementado todo el sistema tan sólo será para documentar como se llevó a cabo todo y todo acerca de la puesta en funcionamiento con apoyo del técnico encargado de la subestación en esta parte de automatización de la mención. Transporte Público llega hasta la zona de la subestación y se cuenta con los recursos para ir.

1.1 INTRODUCCION Debido al tremendo auge de la industria, cada vez las máquinas habilitadas para procesos productivos fueron más grandes y complejas, necesitando enormes espacios donde poder ubicar el equipo cada vez más voluminoso y complicado, aumentando las dificultades de reparación. Con la aparición de los semiconductores y los circuitos integrados, paulatinamente se fueron sustituyendo los relés auxiliares (los relés son dispositivos electromecánicos que se pueden describir como interruptores de dos estados: abiertos o cerrados) por compuertas lógicas, que redujeron considerablemente el espacio, no contribuyendo, sin embargo, a solventar los problemas de averías, reparaciones, etc. que seguían produciéndose.

En 1968, las factorías de automóviles de Ford y General Motors, construyeron conjuntamente un proceso controlado electrónicamente. Este equipo tenía ventaja sobre los convencionales en ese tiempo basado en relés, temporizadores, etc; era fácilmente programable, sin necesidad de recurrir a computadoras externas. Se puede decir que éste fue el primer Autómata Programable o PLC (Program Logic Control), y fue diseñado por Allen Bradley.

No existe un lenguaje común para los PLC´s, cada marca utiliza el suyo propio. Lo que sí es igual es el concepto de trabajo, como todos se basan en esquemas eléctricos, todos los PLC´s son básicamente iguales pero con diferentes juegos de intrucciones, de esta manera se puede decir que una vez conocida una marca conoces el resto.

El presente manual se basa en los PLC´s programables de la marca SIEMENS que tienen la versatilidad de poder aplicar conceptos de programación estructurada y son ampliamente utilizados en el mercado.

El objetivo del presente manual es el de hacer una introducción a la programación de los PLC’s, o sea, intentar dar una base poniendo ejemplos claros y sencillos sin entrar a valorar la eficiencia de cada uno.

1 La llegada de estos equipos conlleva una serie de ventajas e inconvenientes: Ventajas: Menor tiempo empleado en la elaboración de proyectos ya que no es necesario dibujar esquemas, no es necesario simplificar (tiene mucha memoria) y disminuye considerablemente los materiales. Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni la estructura. Menor espacio ocupado . Menor costo en el montaje. Mantenimiento más barato.

Aumento de fiabilidad del sistema, ya que elimina los contactos eléctricos físicos y móviles. Permite la autodetección de averías. Control de varias máquinas con un único autómata.

Versatilidad, en el caso de dejar de trabajar donde está instalado, puede ser reprogramado y puesto a trabajar a distancia.

Inconvenientes: Necesidad de un programador. Coste más elevado. Necesidad de personal especializado.

Los PLC (Programmable Logic Controller en sus siglas en ingles) son dispositivos electrónicos muy usados en la automatización industrial. En toda empresa industrial como productora de bienes, siempre se encuentra sometida al entorno competitivo del mercado ya sea nacional o internacional, por eso para poder competir y adaptarse a las exigencias del mercado, haciendo uso de la automatizaron de maquinas y procesos que le permitan incrementar su productividad así como su calidad reduciendo costos de fabricación, por lo tanto: La automatización de una máquina productiva simple que tiene como consecuencia la liberación física y mental del hombre de dicha labor, ya sea eléctrico, neumático electrónico que realiza la función del hombre controlando su funcionamiento. 2

HISTORIA. La historia del los PLC se remonta a finales de la década de 1960, cuando la industria estaba en busca de nuevas tecnologías electrónicas para reemplazar y hacer más eficiente los sistemas de control basados en circuitos electricos con reles, interruptores y otros componentes comúnmente utilizados para el control de los sistemas de logica combinacional. 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. La propuesta ganadora vino de Bedford Associates de Boston, Masachusets. El primer PLC, fue designado 084, debido a que fue el proyecto ochenta y cuatro de Bedford Associates. fueron empleados más en el sector de la industria automotriz. Fueron empleados dos años más tarde en Europa. Su creación coincide con el comienzo de la era del microprocesador y con la generación de la lógica cableada modular. Dick Morley, el que es considerado como “padre” del PLC. CONCEPTO. Un PLC es un sistema electrónico que opera en base de señales de dos niveles lógicos o estados:

•

(1) encendido ON. * (0) apagado OFF.

A este sistema se le conoce como sistema binario, pero en algunos PLC además de manejar señales discretas o lógicas nos permiten el manejo para programar señales continuas o analógicas utilizando para ello un convertidor digital analógico. Específicamente un PLC sirve para controlar los procesos encaminados a la automatizacion manipulados a través de una lista de instrucciones, comandos o un lenguaje de programación y las diferentes formas de programar un PLC son: 1. Desde un teclado de programación propio del PLC. - Lista de instrucciones. - Paso a paso.

Desde una computadora personal.

-Lista de instrucciones. - Paso a paso. - Programación básica. - Por diagramas de escalera (software propio del PLC).

3 El PLC es un equipo electrónico diseñado para controlar en un tiempo real procesos secuenciales de cualquier tipo y volumen en la industria en general. Las amplias ventajas que ofrece la loica cableada, convierte en un elemento imprescindible al campo de la automatización industrial por su seguridad, fácil manejo, economía y tiempo que son los factores fundamentales que han determinado su aceptación. Los destinatarios de este tipo de trabajo son numerosos dado que su extenso campo de aplicación en sus distintas especialidades como son la electricidad, electrotécnica, mecánica y en cualquier aplicación de sistemas de automatización dentro de la industria. Se entiende por PLC, a toda maquina electrónica diseñada para controlar en tiempo real y en medio industrial procesos secuenciales, su manejo y programación puede ser realizada por personal técnico eléctrico, electrónico, y mecánico con los conocimientos en informática. Realiza funciones lógicas en los temporizadores, contadores y otros mas potentes como sistemas numéricos, también se les puede definir como una caja en la que existen unas terminales de entrada y salida a las que se conectan todos los elementos de control como estaciones de botones, interruptores de limite, interruptores de presión y comúnmente son denominados en la automatización como captadores y van conectados a la zona de entrada. En la zona de salida se conecta todo tipo de relevadores, sensores neumáticos, ópticos y todo aquello que contenga una bobina eléctrica o electrónica no importando el voltaje de salida, a estos se les denomina comúnmente como actuadores de tal forma que la actuación de estos últimos esta en función de las señales de entrada que estén activadas en cada momento según sea el programa almacenado. Ahora los elementos tradicionales como son los relevadores auxiliares, contactos de enclava miento, relevadores de tiempo, son por lo general equipos internos y la tarea del usuario se reduce en solo realizar el programa, que no es mas que la relación entre las señales de entrada que se tienen que cumplir para activar cada salida. EVOLUCION. El desafío que toda industria tiene planteado para ser competitiva ha siso el conseguir una mayor productividad, debido a esto, ciertas etapas de los procesos de fabricación se realizan en ambientes nocivos para la salud como gases toxico, ruidos, temperaturas extremas (altas o bajas), uniendo todos estos factores para una productividad mejor se tiene que dejar ciertas tareas tediosas y repetitivas y peligrosas, pero gracias al surgimiento de las maquinas se logro que se dejaran de realizar esas tareas y por consiguiente surgió la automatización.

Al ver el desarrollo de la automatización, empezaron a surgir empresas dedicadas a crear y producir los elementos para la automatización y como las tareas eran muy diferentes así como las maquinas, se llego a la conclusión de que ciertos elementos de harían estándar y mediante la combinación de los mismos el usuario podía realizar la secuencia de movimientos deseados para así solucionar su problema de aplicación particular. Los relevadores, temporizadores y contadores hasta la fecha son los elementos con que se cuenta para realizar el control de cualquier maquina, debido a la constante mejora de la calidad de estos elementos y la demanda del mercado que exige mayor calidad en la producción, incrementando así el numero de etapas en los procesos de fabricación y que son controlados en forma automática. El desarrollo tecnológico que trajeron los semiconductores fueron los circuitos integrados, después los relevadores por funciones realizadas con puertas lógicas, conduciendo así a la fiabilidad y a la reducción del problema del espacio, pero no a la detención de averías o fallas del mismo, ni al problema del mantenimiento, pero de todas maneras subsistía el problema de la falta de flexibilidad de los sistemas. Debido a las constantes modificaciones que las industrias realizaron obligatoriamente para la mejora de su productividad, por lo común los armarios de maniobra tenían que ser cambiados y por consiguiente esto formaba parte de una perdida de tiempo y a la vez un aumento de costos. Como ya se menciono anterior mente en el año de 1968 las compañías FORD y GENERAL MOTORS impusieron a sus proveedores de automatismos con unas especificaciones para la realización de un sistema de control electrónico para maquinas TRANSFER, este equipo debía ser fácil de programar sin recurrir a los computadores industriales. A medio camino entre los microcomputadores y la lógica cableada aparecen los primeros modelos de PLC limitados a los tratamientos de lógica secuencial, los CLP se desarrollaron rápidamente y actualmente tienen aplicaciones al conjunto de sistemas de control de procesos y de maquinas. IMPORTANCIA DE LA AUTOMATIZACION. Los factores fundamentales económicos son los que causan la aparición del automatismo e impulsan a su desarrollo, apoyándose en la evolución de la tecnología ya que como se encuentra en un entorno altamente competitivo y siempre trata de conseguir:

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Alcanzar un nivel de calidad constante. Producir las cantidades necesarias en el momento preciso. Mejorar la productividad y disminuir los costos. Adaptarse con facilidad y en breve tiempo a los cambios del mercado.

El nivel de automatización no ha dejado de elevarse, desde las primeras y elementales funciones de vigilancia o enlace en operaciones, generalmente son conducidos por el operador a nivel maquinaria, pasando por el control total de una maquina compleja hasta llegar al completo control de un sistema productivo.

5 FUNCIONAMIENTO. Los PLC al igual que las computadoras operan instrucción por instrucción, de tal forma que un PLC al llegar a su ultima instrucción o orden es necesario que vuelva e ejecutar la operación nueva mente, repitiendo todo el proceso y en ciclos de tiempo muy cortos del orden de microsegundos, pero también depende del tamaño y numero de instrucciones del programa de tal manera que se pueda detectar instantáneamente cualquier cambio de las entradas y que causara algún cambio en las salidas. ENTORNO. Normalmente el fabricante expresa el entorno adecuado en donde se debe situar el PLC y tendrá que reunir las condiciones físicas siguientes:

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Ausencia de vibraciones, golpes, etc. No exponer directamente a los rayos del sol o focos de alta intensidad, así como a temperaturas que no se sobrepasen de los 50-60° C aproximadamente. No ubicarlo en lugares donde la temperatura descienda en algún momento por debajo de los 5° C. No situarlo en lugares donde exista mucha humedad relativa. Ausencia de polvo y ambientes salinos. Ausencia de gases corrosivos. No situarlo junto a líneas de alta tensión. MANTENIMIENTO.

El PLC al igual que otra maquina necesita de un mantenimiento preventivo o de una inspección periódica, esta inspección a de ser mas corta cuando mas complejo sea el sistema y puedan variar desde semanalmente hasta anualmente, aunque la con fiabilidad de estos sistemas es alta, las consecuencias derivadas de sus averías originan un alto costo por lo cual hay que reducir esta posibilidad al mínimo, otra que debe de realizar el personal de mantenimiento es la colocación y reparación de las averías que se produzcan, por ser un elemento electrónico complejo y se deberá de realizar su rápida reparación. Su mantenimiento es tan extenso únicamente las baterías tampón, eventualmente incorporadas para la conservación de los contenidos de memoria requieren ocasionalmente una comprobación respecto a si estado de carga, y los equipos de ventilación una inspección respecto a su permeabilidad. El PLC los suministra el fabricante como una instalación completa, ya ensayada en marcha continua en todos los detalles bajo condiciones climáticas y mecánicas por lo general muy severas. De modo que el usuario no ha de preocuparse en cuanto a fallos prematuros.

APLICACIONES. Actualmente los sistemas programados, no cableados están a la orden del día, incluso para el control de pequeños automatismos, la gran capacidad de memoria y la elevada velocidad del proceso de los circuitos integrados abren una amplia gama de aplicaciones ya que el PLC por sus características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso, la constante evolución del hardware amplia continuamente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales. Su utilización se hace principalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario realizar procesos de maniobra, control, señalización, etc., por lo tanto su aplicación abarca desde procesos de fabricación industrial de cualquier tipo al de transformaciones industriales, sus reducidas dimensiones hacen la facilidad de su montaje y la modificación o alteración de os mismos, también hace que su eficacia fundamentalmente se de en aplicaciones de maquina, instalaciones etc. A continuación se dan algunas de sus aplicaciones:

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Maniobra de maquinas.Las maquinas modernas tienen por lo regular un control numérico computarizado. El operador ya no pone a punto su maquina moviendo manivelas y tornillos. En lugar de eso, programa el control numérico computarizado. Este realiza los ajustes para trabajar la pieza correspondiente. para que el control numérico computarizado actué es necesario entregar un PLC que se encargue de la comunicación entre los primeros.

1. Maquinaria industrial del mueble y madera. 2. Maquinaria en procesos de grava, arena y cemento. 3. Maquinaria en la industria del plástico. 4.Maquinaria de ensamble. 5.Maquinas de herramienta.

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Maniobra de instalaciones. El PLC se verifican condiciones de temperatura, presión, nivel, etc. Cuando su control registra un exceso en los coeficientes máximos o mínimos puede actuar aplicando medidas correctivas para evitar desperfectos o emite señales de alarma hacia los operarios.

1. Instalaciones de aire acondicionado, calefacción etc. 2. Instalaciones de seguridad. 3. Instalaciones de frío industrial. 4. Instalaciones de almacenamiento y transvase de cereales. 5. Instalaciones de plantas embotelladoras.

7 6. Instalaciones de tratamientos térmicos. 7. Instalaciones en la industria de automoción. 8. Instalaciones de plantas depuradoras de residuos. Los sistemas lógicos basados en transistores poseen todas las ventajas usuales de los circuitos electrónicos de estado sólido: seguros confiables pequeños rápidos baratos Su único defecto, desde el punto de vista de usuarios-industriales, es que no son fácilmente modificables. Si se necesitan hacer modificaciones, debemos cambiar el cableado actual o las conexiones entre los dispositivos lógicos, o cambiar los mismos dispositivos. Tales cambios del hardware son indeseables porque son difíciles y consumen tiempo. En los últimos años una propuesta diferente para la construcción de sistemas lógicos industriales se ha hecho popular. En esta nueva propuesta, la decisióncreación de sistemas es realizada por instrucciones codificadas las cuales son almacenadas en un chip de memoria y ejecutadas por un microprocesador. Ahora, si el sistema de control tiene que ser modificado, únicamente las instrucciones codificadas necesitan ser cambiadas. Tales cambios se llaman cambios del SOFTWARE y son rápidos y fácilmente implementados sólo por la escritura en un teclado. Esta nueva propuesta es algunas veces referida como automatización flexible. Cuando esta propuesta flexible se usa, la secuencia completa de instrucciones codificadas que controlan el funcionamiento del sistema se llama PROGRAMA. Por lo tanto nos referimos a tales sistemas como SISTEMAS PROGRAMABLES. Si todos los componentes de control necesarios son ensamblados y vendidos como una unidad completa, lo cual es muy común en la práctica, la unidad completa se conoce como CONTROLADOR PROGRAMABLE. El CONTROLADOR PROGRAMABLE es una computadora basada en microprocesador. Una persona relativamente inexperta en computadoras puede construir programas para un Controlador Programable. Solamente se necesita conocer de circuitos de control y lógica ladder (o escalera, ésta se refiere al diagrama de conexiones para que luego éste se pase a instrucciones). El Controlador Programable ha reemplazado los sistemas lógicos de relevadores usados en años pasados. El Controlador Programable es frecuentemente referido como CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE (PLC). 1.2 CARACTERISTICAS DEL PLC Fácil programación para personas que no son programadoras de computadoras Relativamente compacto y de bajo costo Capacidad de programación flexible, discreta y analógica

8 Pantalla visible de circuito ladder (escalera) y su operación Operación de estado sólido de alta velocidad y alta confiabilidad Seguridad a través del cierre de llave, previniendo alteraciones del programa Fáciles cambios de circuito. Fácil guía en el modo de simulación Inconvenientes para su uso con programas fijos Susceptibilidad para consideraciones ambientales de estado sólido

1.3 PARTES DEL SISTEMA Unidad Central de Procesamiento (CPU) Monitor de Programa (PM) o Programador Modulo de Entrada y Salida (I/O) Impresor Grabador-Tocador de Cinta o Disco Interconexión Opcional de Localización-Remota Conexión Opcional al Computador Maestro o Circulación de Datos La figura 4-1, muestra el sistema de PLC y su conexión.

9 UNIDAD CENTRAL DE PROCESAMIENTO (CPU) El CPU (Central Processing Unit por sus siglas en inglés traducción al español : unidad central de procesamiento) es el corazón del sistema, como lo es en todas las computadoras. El CPU contiene memoria fija, determinada por el fabricante. También contiene una sección programable y una memoria para datos y almacenamiento de funciones. Todos los dispositivos periféricos son conectados directamente al CPU. El programa que debe ejecutar el PLC se introduce en el CPU, procedente del Monitor de Programa (PM) o de algún otro dispositivo de almacenamiento externo. El CPU recibe señales indicando el estado de los interruptores externos y dispositivos a través de un módulo de entrada. Hace decisiones lógicas basadas en el programa introducido y entonces envía señales (el estado) a los dispositivos de salida a través de los módulos de salida. Las señales de Entrada/Salida pueden ser discretas (ON/OFF) o analógicos (variables). MONITOR DE PROGRAMA (PM) O PROGRAMADOR

El Monitor de Programa para el PLC tiene muchas formas, dependiendo del precio y de la complejidad del PLC. La programación se realiza desde un teclado, que se muestra en la figura 4-2.

10 El teclado está generalmente asociado con un monitor. Ambos son combinados en una unidad, como se muestra en la figura 4-3.

Muchos PLC´s pueden ser programados por una computadora personal. Se puede adquirir por parte del fabricante un disco con el programa para el PLC. El programa efectivamente convierte la computadora personal en un monitor de programa. El programa del PLC entonces aparece en la pantalla de la computadora personal. El teclado de la computadora personal es codificado para las funciones del PLC por el programa del disco. El código es mostrado típicamente por un menú en la pantalla. Un monitor de programa es normalmente mucho más costoso que el sistema de disco.

11 MODULO DE ENTRADA Y SALIDA (I/O)

Los módulos de entrada y salida se usan para conectar dispositivos a las entradas; y salidas al proceso. Los módulos se conectan al CPU por cables multiconductor. Estos cables llevan bajo voltaje, de información codificada. Un PLC grande típico puede tener 256 puertos de entrada para 256 dispositivos de entrada del proceso. El cable no tiene 256 alambres, uno típico tiene 18. Los dispositivos de entrada, tales como interruptores, se conectan entre una terminal de módulo común y otra terminal de módulo especificada. Los módulos de salida se conectan igual. Hay que considerar dos factores con estos módulos: 1) rango eléctrico 2) módulo de ajustes del interruptor RANGO ELÉCTRICO Los rangos de los módulos son para el voltaje y corriente, y para operación discreta y analógica. Un rango típico de módulo discreto es 115 Vca (Volts de corriente alterna) y 3ª(Ampers), para ambos módulos de entrada y salida. Otras aplicaciones pueden requerir salidas de 24 Vca, o un voltaje de C.D. (Corriente Directa), dependiendo del rango eléctrico del dispositivo de salida que está siendo controlado. También se pueden requerir altas corrientes de salida. Los rangos del módulo de entrada se deben determinar de manera similar. MODULO DE AJUSTES DEL INTERRUPTOR Cada módulo tiene de 4 a 16 terminales. El CPU reconoce números asignados a las terminales. Por ejemplo, el primer módulo de entrada puede contener entradas 1 a 16, y el segundo 17 a 32. El módulo de salida de 8 terminales puede ser designado 81 a 88. La pregunta es: ¿Cómo sabe cada uno de los tres módulos los números asignados a sus terminales? La asignación de números se realiza por la colocación apropiada de los interruptores individuales SIP o DIP. Las abreviaciones SIP (single in-line package) y DIP (dual in-line package), se refieren a pequeños y múltiples montajes de interruptores eléctricos. IMPRESORA Puede ser cualquier impresora regular de computadora, con la cual se hace una apropiada interfase al CPU. La información y diagramas que se pueden obtener son los siguientes: Diagrama ladder (escalera) completo, incluyendo referencias Listado de los contactos de fuerza Estado de registros y contadores Diagramas de tiempo de la operación del circuito, registros o contactos Otra información especial programada

12 GRABADORA-REPRODUCTOR

Como cualquier computadora, los datos en PLC, se pueden grabar en cinta o en disco. Cuando un programa se pierde o desarrolla un mal funcionamiento, el programa original puede ser rápidamente reinsertado hacia el CPU del PLC. Las grabadoras de cinta deben ser de un tipo especial y de alta velocidad, son relativamente costosas. PRECAUCION: Una precaución en el uso de impresoras y grabadoras es el ajuste apropiado de velocidad (en bauds: taza de transferencia de bits por unidad de tiempo). Por ejemplo, el CPU puede operar normalmente a 9600 baud, el impresor puede trabajar solo en 2400 y la grabadora en 1600. Antes de imprimir, grabar o reproducir, se deben ajustar las velocidades en bauds. Las velocidades en bauds se ajustan de acuerdo al manual de operación del PLC. INTERCONEXION OPCIONAL DE LOCALIZACION-REMOTA En algunos casos, el proceso a controlar está en una localización lejana al PLC. En tales casos, se puede usar un sistema de Entrada/Salida remoto extendido, como el mostrado en la figura 4-1 (en la parte superior). Sólo se requieren dos alambres más una tierra para distancias arriba de 1 milla.( 1.609344 kilómetros). 1.4 PROCEDIMIENTOS OPERACIONALES Un programa simple indicará como empezar a utilizar un PLC. Suponga que usted desea programar y conectar un PLC para realizar el siguiente procedimiento operacional discreto: Una bobina de relevador está por accionar cuando dos interruptores eléctricos y un interruptor limitador son accionados: El primer paso es asignar números de identificación de PLC individuales a las entradas y salidas. Las entradas normalmente tienen el prefijo IN. Las salidas normalmente tienen el prefijo CR (para Control Relay). Se pueden asignar los siguientes números: - Interruptor 1 para relevador IN 001 - Interruptor 2 para relevador IN 002 - Interruptor límite para relevador IN 003 - Salida de relevador CR 001 Lo siguiente es hacer el diagrama lógico de escalera para representar el circuito operacional. Este se muestra en la figura 4-4.

Lo siguiente es ilustrar como las entradas y salidas serán conectadas a los módulos de entrada y salida. Asuma una entrada de 8 terminales y una salida de 8 terminales. Es necesario determinar los módulos de interruptores para que éstos reconozcan las señales como entradas 1 a 8 y salidas 1 a 8. Las conexiones de las entradas y salidas entonces se hacen de acuerdo a la figura 4-5.

Note que cada componente se conecta a uno de los módulos. No se hacen interconexiones externas. Finalmente el programa escalera se debe introducir al CPU por medio del teclado. Un procedimiento general para introducir el programa en formato es: 1. Borra la memoria de programa del PLC con el CPU en Stop(paro). El procedimiento será desplegado en un menú de pantalla o en el manual de operación para el PLC. 2. Inserta las líneas de control para el relevador como sigue, en el modo de EDIT: a) Presiona la tecla de contacto NO b) Presiona la tecla de entrada (INPUT) c) Presiona las teclas numéricas 001 d) Presiona la tecla ENTER. El contacto debe aparecer en el monitor e) Mueve el cursor un espacio a la derecha f) Repite los pasos a) y b) g) Presiona las teclas numéricas 002 h) Presiona la tecla ENTER. El segundo contacto debe aparecer en el monitor i) Mueve el cursor un espacio más a la derecha, y repite el proceso para 003 j) Continúa la línea a la derecha k) Presiona la tecla SALIDA/BOBINA. La bobina debe aparecer en el monitor l) Presiona las teclas numéricas 001 m) Presiona ENTER n) Si la línea ahora parece correcta (observar), presiona la tecla "INSERT LADDER" y luego ENTER. El diagrama resultante del PLC debe parecerse como el mostrado en la figura 4-6. Cuando el interruptor del PLC se pone en RUN (ejecutar), el circuito operará como se espera.

1.5 CONTROL DE BOBINAS Y CONTACTOS: DIRECTO Y LOGICA DIGITAL La función básica del PLC es el uso de lógica discreta ON/OFF para poner las salidas en ON (encendido) o en OFF (apagado). Los dispositivos de entrada (INPUT) incluyen los siguientes: interruptores eléctricos interruptores limitadores interruptores centrífugos interruptores de nivel interruptores de presión interruptores push-button (de contacto momentáneo) interruptores selectores interruptores de temperatura interruptores de fluido interruptores de proximidad Como estos dispositivos de entrada abren y cierran, el módulo de entrada envía su estado al CPU. El programa del CPU es constantemente explorado, típicamente en 5 ms(5 milésimas de segundo) por exploración. Algunos dispositivos típicos de salida son los siguientes: motores relevadores contadores anunciadores bobinas luces piloto campanas alarmas Se presentarán cinco ejemplos para ilustrar estos principios de selección: 1. Un circuito de sello estándar arranque/paro (start/stop) 2. Un circuito de control adelante/reversa (forward/reverse) con paro antes de invertir la marcha 3. Un circuito de control adelante/reversa (forward/reverse) con inversión de marcha directa 4. Un circuito arranque/paro/trote (encendido momentáneo), (start/stop/jog) 5. Un siste ma de alarma múltiple EJEMPLO 1: El circuito se muestra en la figura 4-7. La lógica elemental de relevador y diagramas de conexión se muestran en la parte superior. Después, el programa del PLC y conexiones se muestran. Para el programa del PLC, el paro se asigna con IN001, y arranque con IN002. La salida se asigna con CRO17 (Control Relay Output 17). El diagrama de conexión del PLC se muestra. El contacto de sello se crea internamente en el PLC y no se alambra del contacto. Se muestra el formato para el PLC, encendido/apagado (ON/OFF). La programación del PLC para la figura 4-7 es como sigue (las separaciones “/” indican los pasos): IN / 02 / OR / CR / 17 / AND / IN / 01 / LOAD / CR / 17

EJEMPLO 2: El circuito se muestra en la figura 4-8. Paro, adelante, reversa y las bobinas de salida son números asignados como se muestra en el dibujo de pantalla. Nótese la simplicidad del diagrama de conexión del PLC, comparado con el diagrama de lógica de relevador. La ventaja del PLC para el alambrado comienza a mostrarse en este ejemplo. Y no solo la simplicidad para el alambrado, sino también para cambios o correcciones que se pueden hacer por medio de alteraciones del programa. Para el sistema de relevador, se tendrían que hacer cambios físicos de alambrado. La programación de la figura 4-8 sería la siguiente: IN / 02 / OR / CR / 17 / AND / IN / 01 / AND NOT / CR / 18 LOAD / CR / 17 / IN / 03 / OR / CR / 18 / AND / IN / 01 AND NOT / CR / 17 / LOAD / CR / 18

EJEMPLO 3: El circuito se muestra en la figura 4-9. La diferencia de este circuito (figura 4-9) con el anterior (figura 4-8) es que ahora es posible ir directamente de adelante hacia atrás o de atrás para adelante. No se dibujó el diagrama de lógica de relevador ya que es extremadamente complicado. Para el esquema del PLC, sólo hay 4 alambres más uno común a la entrada e igualmente a la salida. EJEMPLO 4: El circuito se muestra en la figura 4-10.

EJEMPLO 5: El circuito se muestra en la figura 4-11. Existen 4 entradas. Cada una representa un mal funcionamiento en un sistema. Si cualquiera de dos mal funcionamientos ocurren, una luz piloto roja se enciende. Si cualquiera de tres mal funcionamientos ocurren, una sirena sonará. Otra vez, note la simplicidad del diagrama de conexión. Para un sistema de lógica de relevador, las conexiones serían muy complicadas, y un número de relevadores lógicos tendrían que ser alambrados. El programa del PLC para la figura 4-11 sería: IN / 01 / AND / IN / 02 / OR / IN / 01 / AND / IN / 03 / OR / IN / 01 AND / IN / 04 / OR / IN / 02 / AND / IN / 03 / OR / IN / 02 / AND IN / 04 / OR / IN / 03 / AND / IN / 04 / LOAD / CR / 18 IN / 01 / AND / IN / 02 / AND / IN / 03 / OR / IN / 01 / AND IN / 02 / AND / IN / 04 / OR / IN / 01 / AND / IN / 03 / AND IN / 04 / OR / IN / 02 / AND / IN / 03 / AND / IN / 04 LOAD / CR / 18

1.6 DIRECCIONES Y REGISTROS Para la operación de contactos y bobinas del tema anterior, la persona que está realizando la programación no tiene nada que ver con las direcciones y registros en el CPU del PLC. Sin embargo, muchas otras funciones del PLC usan las direcciones y registros internos en su operación. Es necesario conocer las características y operación de estas direcciones y registros para un mejor entendimiento de estas otras funciones del PLC. Las direcciones y registros son diferentes nombres para las mismas cosas, localidades (referidas como slots) usadas para almacenar información en la memoria de la computadora. En la operación de la computadora estas localidades internas son llamadas DIRECCIONES. En esta discusión del PLC, se llamarán REGISTROS. Los registros pueden ser de 4, 8, 16 ó 32 bits de ancho o de longitud de palabra(word), dependiendo del modelo de PLC que se esté usando. La figura 4-12, muestra la localización relativa y número de registros disponible para tres tipos de registro.

Los registros son de trabajo o soporte, de entrada y de salida. Usaremos los prefijos HR, IR y OR para estos tres tipos de registros, respectivamente. En pequeños PLCs, sólo hay registros HR y quizá éstos no son accesibles al programador. En muchos PLCs, los registros se pueden accesar por medio del teclado. Todos los registros del PLC son numerados consecutivamente. Los manuales de operación para estos PLCs dicen los números de registro para cada tipo. En PLCs de tamaño medio, hay típicamente de 500 a 1000 registros de soporte. Normalmente, hay alrededor de 10 registros de entrada y 10 de salida. En suma, los PLCs tienen otros dos tipos de configuraciones de registros. Estos son registros de grupo de entrada (input group, IG) y los registros de grupo de salida (output group, OG por sus siglas en inglés). 22

La ventaja de estos registros es que un solo registro puede recibir o controlar múltiples entradas o salidas. Para un registro IG de 16 bits, la posición de 16 entradas se puede grabar en un registro. Con técnicas de programación regular, se requerirían 16 líneas de programa para recibir información de 16 entradas. Los registros OG operan de manera inversa de los registros IG. Un registro OG es cargado con un patrón de 0/1 bit. Cada registro OG controla 16 dispositivos de salida a través de 16 puertos de módulo de salida. Hablando de un registro de 16 bits. 1.7 TIMERS Y CONTADORES En circuitos de lógica de relevador, los timers( temporizador: contador de incrementos de tiempo en forma descendente o ascendente para comparación con otros dispositivos contadores externos para llevar a cabo alguna acción) y contadores son unidades individuales montadas en panel que se deben alambrar. La figura 4-13, ilustra dos típicos formatos de timer para PLCs. Cuando se llama la función de tiempo en el teclado, el bloque del timer aparece. El bloque se programa para tres parámetros. El primero es un número del timer, TS017 ó 31 (ver figura 4-13). El siguiente, es el valor del intervalo de tiempo requerido, 14 [s] para cada formato. Finalmente, se especifica en donde va a tomar lugar el conteo, HR101 o función 31. Hay dos entradas en la función de tiempo. La entrada IN001 o IN7 es la entrada que inicia el intervalo de tiempo de la función. La entrada IN002 o IN8 es la entrada de Habilitación/Reajuste (Enable/Reset). Cuando ésta se apaga, el timer no correrá aún si la línea de MARCHA está encendida. Cuando se enciende, el timer empieza a funcionar. Cuando el Enable/Reset se apaga después de que el timer se interrumpe, el timer se reajusta a cero. En el segundo formato, note que la salida no es directa a la salida. Un contacto de función de tiempo, 31, se usa para controlar la salida 78.

La función de contador de PLC opera similar a la función de timer. Se muestran dos formatos típicos de la función de contador en la figura 4-14. Cuando la línea de Habilitación/Reajuste (Enable/Reset) se enciende, el contador cuenta una vez cada vez que la línea se enciende. Cuando se apaga, el contador se reajusta a cero.

1.8 FUNCIONES DISCRETAS SUMA La función SUMA se muestra en la figura 4-15. Cuando se llama la función por programación, el bloque aparece como se muestra. Se asigna un número de salida a la función, AD0078. 24

El operando 1 es el número base de un registro. El número que se va a sumar a éste se programa como operando 2. En muchos PLCs, el operando 2 se puede programar como una constante o como el valor de otro registro. Se debe proveer una localidad para la suma. En este ejemplo se destina OR0013. Cuando IN0065 se enciende para la función SUMA, la función suma los operandos, y la suma aparece en el destino OR0013. Si IR0062 cambia después de la suma, no se suma automáticamente. La entrada IN0065 se debe apagar y luego encender para la nueva suma. Normalmente hay cuatro dígitos decimales, dando un máximo de 9999 para cada operando. El destino también tiene cuatro dígitos 9999. Cuando 345 y 5291 se suman, por ejemplo, la suma, 5636, queda en el destino de cuatro dígitos. Sin embargo, si se suman 8652 y 7693, la suma, 16345, no queda en el destino. Se debe tener cuidado con este problema teniendo la bobina encendida para representar el 1 de los 16345. El destino contendría la resta de las figuras -6345.

RESTA La función resta se muestra en la figura 4-16.

Opera de manera similar a la función SUMA. Cuando CR0062 se enciende, el operando 2 se resta del operando 1. El resultado se encuentra en el registro destino HR0061. Si el resultado es negativo, la bobina se enciende para indicar el resultado negativo. MULTIPLICACION La función de MULTIPLICACION se muestra en la figura 4-17.

Opera de manera similar a la función SUMA y RESTA. Cuando se habilita, el operando 1 y el operando 2 se multiplican y el resultado aparece en el registro destino especificado. Note un punto importante: el registro destino tiene normalmente de manera automática dos registros de ancho. El registro HR0068 se especificó como destino. El PLC automáticamente usa dos registros para el destino, HR0068 y HR0069, como se muestra. Cuando el producto es pequeño, con sólo cuatro o menos dígitos, el resultado aparecerá en HR0069. En cambio con productos más grandes, el resultado aparecerá en ambos registros, empezando en HR0068.

DIVISION La figura 4-18 muestra la función de DIVISION.

Opera de manera similar a las otras funciones. El operando 1 tiene normalmente dos registros de ancho. El operando 2 es sólo un registro de ancho o se puede especificar como constante. El destino tiene dos registros de ancho. El primer registro de destino contiene el dividendo. El segundo registro, OR0014, contiene el resto, pero no la parte decimal como se podría asumir. Un error común en el uso de esta función es tener los operandos 1 y 2 en registros consecutivos, por ejemplo HR0045 y HR0046. Entonces, el operando 2 y el segundo registro para el operando 1 son los mismos. Este arreglo no trabaja. Una regla que se usa para el PLC, es que no se debe usar un mismo registro para dos propósitos. COMPARACION La figura 4-19 muestra la función de COMPARACION.

27 La función de COMPARACION más usada es la "Igualdad". Cuando el número en el operando 1 es exactamente igual al operando 2, la salida se enciende. El operando 1 es el número en un registro especificado. El operando 2 es el número en otro registro especificado o una constante especificada. En la comparación de dos números, hay seis posibilidades matemáticas de comparación, las cuales se listan a continuación en la figura 4-20:

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS 2.1PARTES PRINCIPALES Y PROTECCIONES En toda instalación industrial o comercial es indispensable el uso de la energía, la continuidad de servicio y calidad de la energía consumida por los diferentes equipos, así como la requerida para la iluminación, es por esto que las subestaciones eléctricas son necesarias para lograr una mayor productividad. Una subestación es un conjunto de máquinas, aparatos y circuitos, que tienen la función de modificar los parámetros de la potencia eléctrica, permitiendo el control del flujo de energía, brindando seguridad para el sistema eléctrico, para los mismos equipos y para el personal de operación y mantenimiento. Las subestaciones se pueden clasificar como sigue:

• • •

Subestaciones en las plantas generadoras o centrales eléctricas. Subestaciones receptoras primarias. Subestaciones receptoras secundarias.

Subestaciones en las plantas generadoras o centrales eléctricas.- Estas se encuentran en las centrales eléctricas o plantas generadoras de electricidad, para modificar los parámetros de la potencia suministrada por los generadores, permitiendo así la transmisión en alta tensión en las líneas de transmisión. Los generadores pueden suministrar la potencia entre 5 y 25 kV y la transmisión depende del volumen, la energía y la distancia. Subestaciones receptoras primarias.- Se alimentan directamente de las líneas de transmisión, y reducen la tensión a valores menores para la alimentación de los sistemas de subtransmisión o redes de distribución, de manera que, dependiendo de la tensión de transmisión pueden tener en su secundario tensiones de 115, 69 y eventualmente 34.5, 13.2, 6.9 o 4.16 kV. Subestaciones receptoras secundarias.- Generalmente estas están alimentadas por las redes de subtransmisión, y suministran la energía eléctrica a las redes de distribución a tensiones entre 34.5 y 6.9 kV. Las subestaciones, también se pueden clasificar por el tipo de instalación, por ejemplo:

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Subestaciones tipo intemperie. Subestaciones de tipo interior. Subestaciones tipo blindado.

Subestaciones tipo intemperie.- Generalmente se construyen en terrenos expuestos a la intemperie, y requiere de un diseño, aparatos y máquinas capaces de soportar el funcionamiento bajo condiciones atmosféricas adversas (lluvia, viento, nieve, etc.) por lo general se utilizan en los sistemas de alta tensión. Subestaciones tipo interior.- En este tipo de subestaciones los aparatos y máquinas están diseñados para operar en interiores, son pocos los tipos de subestaciones tipo interior y generalmente son usados en las industrias. Subestaciones tipo blindado.- En estas subestaciones los aparatos y las máquinas están bien protegidos, y el espacio necesario es muy reducido, generalmente se utilizan en fábricas, hospitales, auditorios, edificios y centros comerciales que requieran poco espacio para su instalación, generalmente se utilizan en tensiones de distribución y utilización.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.

Cuchillas desconectadoras. Interruptor. TC. TP. Cuchillas desconectadotas para sistema de medición. Cuchillas desconectadoras de los transformadores de potencia. Transformadores de potencia. Barras de conexión. Aisladores soporte. Conexión a tierra. Tablero de control y medición. Barras del tablero Sujeción del tablero.

El transformador, es la parte más importante de una subestación eléctrica, consta de un embobinado de cable que se utiliza para unir a dos o más circuitos, aprovechando el efecto de inducción entre las bobinas. La bobina conectada a la fuente de energía se llama bobina primaria, las demás bobinas reciben el nombre de bobinas secundarias. Un transformador cuyo voltaje secundario sea superior al primario se llama transformador elevador, si por el contrario, el voltaje secundario es inferior al primario este dispositivo recibe el nombre de transformador reductor. El uso de las subestaciones eléctricas es de vital importancia en la industria, ya que nos permiten el control del flujo de la energía necesaria para llevar a cobo los procesos; las subestaciones se pueden clasificar en primarias, secundarias, y subestaciones en las plantas generadoras; el elemento principal de una subestación eléctrica es el transformador, que funciona con el principio de inducción, a través de una serie de bobinados, que permiten controlar el voltaje de salida

Características Las características fundamentales de la subestaciones son las siguientes: El sistema de barras en 220 kV empleado es la configuración de doble barra con celda de acoplamiento, correspondiendo a REDESUR cuatro salidas de línea y celda de acoplamiento de barras y a ENERSUR dos salidas de línea y dos celdas de transformación.- Las celdas correspondientes a REDESUR son las siguientes: Cuatro celdas de salida de línea en 220KV que decepcionan los circuitos de salida a la subestación Socabaya (L-2025 y L-2026), salida a la subestación Tacna (L-2029) y salida a la subestación Puno (L-2030), y cada una de ellas equipada con los siguientes elementos: Un seccionador de línea Dos seccionadores de barra Un interruptor de accionamiento uni-tripolar Tres transformadores de tensión capacitivos Tres transformadores de corriente de cinco núcleos Tres pararrayos de oxido de zinc clase 4 Dos bobinas de acoplamiento para comunicaciones por onda portadora. Una celda de 220KV para acoplamiento Dos seccionados de barra Un interruptor de accionamiento uni-Tripolar Seis transformadores de corriente de cinco núcleos Dos transformadores de tensión para barras de 220KV (barras A y B) Los servicios auxiliares, equipos de control y comunicaciones se describen a continuación: Servicios Auxiliares de tipo redundante en corriente alterna y continua incluyendo grupo electrógeno de emergencia. Ampliación de la sala de control existente Sistema de comunicación mediante el empleo de cable de fibra óptica y onda portadora, este sistema también será para 32

transmisión de datos, telecontrol y comunicaciones. Sistema de medición y con tecnología telecontrol, con el envío de señales al centro de control de ETESUR, mediante tecnología de fibra óptica. Sistema de protección principal y respaldo de la siguiente configuración para cada línea de salida: Protección Diferencial de línea, como protección principal, empleando canales de fibra óptica Protecciones de Distancia de línea, como protección de respaldo, empleando canales de onda portadora Equipos de apoyo, como refiere , sincronismo, oscilografia, etc. Protección diferencial de barras Aislamiento El nivel de aislamiento seleccionado para el equipamiento de la subestación es la siguiente: Tensión Nominal del Equipo Tensión de Prueba de la Onda impulso normalizada Tensión de Prueba a Frecuencia Industrial Longitud de la línea de fuga Norma empleada : : : : : 245 kV 1050 kVp 460 kV 25 mm/KV IEC-71

2.2Programacion de funciones lógicas FUNCIONES BASICAS Muchos componentes utilizados en la automatización, tales como interruptores y relés, presentan dos estados claramente diferenciados (abierto o cerrado, conduce o no conduce). A este tipo de componentes se les denomina componentes del tipo todo o nada o también componentes lógicos. Para estudiar el comportamiento de estos elementos, se representan los dos estados del componente mediante los símbolos 1 y 0 (0 abierto, 1cerrado). De esta forma podemos utilizar una serie de leyes y propiedades comunes a la lógica digital con independencia del componente específico. Atendiendo a este criterio, todos los elementos del tipo todo o nada son representables por una variable lógica, entendiendo como tal aquella que sólo puede tomar los valores 0 y 1. El conjunto de leyes y reglas de operación de variables lógicas se denomina álgebra de Boole, ya que fue George Boole el que desarrolló las bases de la lógica matemática. 33

Las operaciones lógicas básicas son las operaciones sobre las que se fundamenta la lógica Booleana. Cualquier operación lógica compleja puede ser expresada utilizando combinaciones de las operaciones básicas. Función AND (Función Y) Analicemos un circuito eléctrico elemental, en el que hay dos interruptores,una lámpara y una fuente de alimentación: Para que la lámpara se encienda (L=1), se requiere que los interruptores A y B estén cerrados (A=B=1). Si cualquiera de los dos interruptores está en 0 (abierto), la lámpara estará apagada (L=0). Por otra parte, se puede observar que las variables A y B son independientes, mientras que la variable L no lo es. L es una función lógica de A y B. Todo circuito lógico combinacional tiene lo que se llama la “Tabla de Verdad”, en la que se representan las diferentes combinaciones de las entradas (A y B) y el resultado obtenido en la salida (F) para cada una de las combinaciones. A continuación, se muestra la tabla de verdad de este circuito: En otras palabras, L=1 si A Y B son 1. Se ha remarcado la letra Y con toda la intención, ya que el circuito mostrado ejecuta la función lógica Y. Normalmente, se emplea para esta función el término en inglés AND. Entonces, se puede decir que la función L es: L = A AND B. A esta función también se le llama “producto lógico”, pudiéndose escribir como L = A • B, o de manera más simple, L = AB. La función lógica AND posee un símbolo estándar que es el que se emplea normalmente y otro símbolo bajo la norma IEC, que es el que se utiliza a nivel de programación de autómatas. A continuación, se muestra un resumen de la función lógica AND: Función lógica OR (Función O) Resulta obvio que la lámpara se enciende si A o B están cerrados, Este circuito se corresponde con la función lógica OR. La función L se puede escribir así: L = A OR B. La función OR también se conoce como “suma lógica” y se puede escribir L=A+B Función lógica NOT (Función Negación) La última de las tres operaciones lógicas fundamentales, también conocida como negación, complemento o inversión, es más simple que las anteriores. En la figura se puede observar el circuito, que en este caso tiene la particularidad de que si no se pulsa el interruptor (A=0), la luz enciende. En caso de pulsar el interruptor (A=1), la luz se apaga. El estado de L siempre es el contrario que el estado de A. En este caso la notación es: L= NOT A. Para indicar la negación, También se utiliza la colocación de una barra sobre la variable negada, es decir L = . En lógica Booleana se utiliza muy a menudo el termino “Puerta Lógica”. Una puerta lógica es simplemente un dispositivo que permite realizar una cierta función lógica. De esta manera, existen puertas lógicas AND,OR y puertas NOT.

FUNCIONES UNIVERSALES Utilizando puertas lógicas que soporten las tres operaciones básicas (AND, OR y NOT), se pueden realizar todas las funciones combinatorias; no obstante, existen otras puertas que también pueden ser utilizadas, tales como las que ejecutan las funciones NAND y NOR. Una puerta NAND está formada simplemente por una puerta AND y un inversor (NOT) en su salida. También existen puertas NOR, compuestas por una puerta OR y un inversor en su salida. Universalidad de las compuertas NAND Y NOR Esta compuertas se dicen que son “universales” puesto que con cada una de las dos familias podemos realizar todas las funciones lógicas. En la tabla a continuacuón se muestran los operadores lógicos en funcion de solo compuertas NOR y solo compuertas NAND. Comercialmente, se dispone de circuitos integrados que contienen puertas lógicas. Posiblemente las que han tenido mayor éxito a nivel comercial son las puertas TTL (Transistor Transistor Logic). Las puertas TTL requieren para su operación una polarización de 5V (VCC=5V). Los niveles de tensión que representan al 0 y al 1 son respectivamente de 0V y de 5V (existe una cierta tolerancia con respecto a estos valores). 2.3 SISTEMA SCADA FUNDAMENTO TEORICO CONCEPTOS BÁSICOS DEL SISTEMA SCADA Los sistemas SCADA (Supervisory Control And Data Adquisition) son aplicaciones de software, diseñadas con la finalidad de controlar y supervisar procesos a distancia. Se basan en la adquisición de datos de los procesos remotos. Se trata de una aplicación de software, especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores en el control de producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (controladores autónomos, autómatas programables, etc.) y controlando el proceso de forma automática desde una computadora. Además, envía la información generada en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como hacia otros supervisores dentro de la empresa, es decir, que permite la participación de otras áreas como por ejemplo: control de calidad, supervisión, mantenimiento, etc. Cada uno de los items de SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de datos) involucran muchos subsistemas, por ejemplo, la adquisición de los datos puede estar a cargo de un PLC (Controlador Lógico Programable) el cual toma las señales y las envía a las estaciones remotas usando un protocolo determinado, otra forma podría ser que una computadora realice la adquisición vía un hardware especializado y luego esa información la transmita hacia un equipo de radio vía su puerto serial, y así existen muchas otras alternativas. 35

Las tareas de Supervisión y Control generalmente están mas relacionadas con el software SCADA, en él, el operador puede visualizar en la pantalla del computador de cada una de las estaciones remotas que conforman el sistema, los estados de ésta, las situaciones de alarma y tomar acciones físicas sobre algún equipo lejano, la comunicación se realiza mediante buses especiales o redes LAN. Todo esto se ejecuta normalmente en tiempo real, y están diseñados para dar al operador de planta la posibilidad de supervisar y controlar dichos procesos.

Estos sistemas actúan sobre los dispositivos instalados en la planta, como son los controladores, autómatas, sensores, actuadores, registradores, etc. Además permiten controlar el proceso desde una estación remota, para ello el software brinda una interfaz gráfica que muestra el comportamiento del proceso en tiempo real.

Generalmente se vincula el software al uso de una computadora o de un PLC, la acción de control es realizada por los controladores de campo, pero la comunicación del sistema con el operador es necesariamente vía computadora. Sin embargo el operador puede gobernar el proceso en un momento dado si es necesario.

Un software SCADA debe ser capaz de ofrecer al sistema:

- Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del operador para reconocer una parada o situación de alarma, con registro de incidencias. - Generación de datos históricos de las señale de planta, que pueden ser volcados para su proceso sobre una hoja de cálculo. - Ejecución de programas, que modifican la ley de control, o incluso anular o modificar las tareas asociadas al autómata, bajo ciertas condiciones. - Posibilidad de programación numérica, que permite realizar cálculos aritméticos de elevada resolución sobre la CPU del ordenador.

Existen diversos tipos de sistemas SCADA dependiendo del fabricante y sobre todo de la finalidad con que se va a hacer uso del sistema, por ello antes de decidir cual es el más adecuado hay que tener presente si cumple o no ciertos requisitos básicos:

Todo sistema debe tener arquitectura abierta, es decir, debe permitir su crecimiento y expansión, así como deben poder adecuarse a las necesidades futuras del proceso y de la planta. La programación e instalación no debe presentar mayor dificultad, debe contar con interfaces gráficas que muestren un esquema básico y real del proceso Deben permitir la adquisición de datos de todo equipo, así como la comunicación a nivel interno y externo (redes locales y de gestión) Deben ser programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias de hardware, y fáciles de utilizar, con interfaces amigables para el usuario. FUNCIONES PRINCIPALES DEL SISTEMA Supervisión remota de instalaciones y equipos: Permite al operador conocer el estado de desempeño de las instalaciones y los equipos alojados en la planta, lo que permite dirigir las tareas de mantenimiento y estadística de fallas.

Control remoto de instalaciones y equipos: Mediante el sistema se puede activar o desactivar los equipos remotamente (por ejemplo abrir válvulas, activar interruptores, prender motores, etc.), de manera automática y también manual. Además es posible ajustar parámetros, valores de referencia, algoritmos de control, etc.

Procesamiento de datos: El conjunto de datos adquiridos conforman la información que alimenta el sistema, esta información es procesada, analizada, y comparada con datos anteriores, y con datos de otros puntos de referencia, dando como resultado una información confiable y veraz.

Visualización gráfica dinámica: El sistema es capaz de brindar imágenes en movimiento que representen el comportamiento del proceso, dándole al operador la impresión de estar presente dentro de una planta real. Estos gráficos también pueden corresponder a curvas de las señales analizadas en el tiempo.

Generación de reportes: El sistema permite generar informes con datos estadísticos del proceso en un tiempo determinado por el operador.

Representación se señales de alarma: A través de las señales de alarma se logra alertar al operador frente a una falla o la presencia de una condición perjudicial o fuera de lo aceptable. Estas señales pueden ser tanto visuales como sonoras. 37

Almacenamiento de información histórica: Se cuenta con la opción de almacenar los datos adquiridos, esta información puede analizarse posteriormente, el tiempo de almacenamiento dependerá del operador o del autor del programa.

Programación de eventos: Esta referido a la posibilidad de programar subprogramas que brinden automáticamente reportes, estadísticas, gráfica de curvas, activación de tareas automáticas, etc.

TRANSMISIÓN DE LA INFORMACIÓN Los sistemas SCADA necesitan comunicarse vía red, puertos GPIB, telefónica o satélite, es necesario contar con computadoras remotas que realicen el envió de datos hacia una computadora central, esta a su vez será parte de un centro de control y gestión de información. Para realizar el intercambio de datos entre los dispositivos de campo y la estación central de control y gestión, se requiere un medio de comunicación, existen diversos medios que pueden ser cableados (cable coaxial, fibra óptica, cable telefónico) o no cableados (microondas, ondas de radio, comunicación satelital). Cada fabricante de equipos para sistemas SCADA emplean diferentes protocolos de comunicación y no existe un estándar para la estructura de los mensajes, sin embargo existen estándares internacionales que regulan el diseño de las interfaces de comunicación entre los equipos del sistema SCADA y equipos de transmisión de datos. Un protocolo de comunicación es un conjunto de reglas y procedimientos que permite a las unidades remotas y central, el intercambio de información. Los sistemas SCADA hacen uso de los protocolos de las redes industriales. La comunicación entre los dispositivos generalmente se realiza utilizando dos medios físicos: cable tendido, en la forma de fibra óptica o cable eléctrico, o radio. En cualquiera de los casos se requiere un MODEM, el cual modula y demodula la señal. Algunos sistemas grandes usan una combinación de radio y líneas telefónicas para su comunicación. Debido a que la información que se transmite sobre un sistema SCADA debería ser pequeño generalmente la velocidad de transmisión de los modem suele ser pequeño. Muchas veces 300bps (bits de información por segundo) es suficiente. Pocos sistemas SCADA, excepto en aplicaciones eléctricas, suelen sobrepasar los 2400bps, esto permite que se pueda usar las líneas telefónicas convencionales, al no superar el ancho de banda físico del cable.

COMUNICACIONES

En una comunicación deben existir tres elementos necesariamente: – – – Un medio de transmisión, sobre el cual se envían los mensajes Un equipo emisor que puede ser el MTU Un equipo receptor que se puede asociar a los RTU´s.

En telecomunicaciones, el MTU y el RTU son también llamados “Equipos terminales de datos” (DTE, Data Terminal Equipments). Cada uno de ellos tiene la habilidad de generar una señal que contiene la información a ser enviada. Asimismo, tienen la habilidad para descifrar la señal recibida y extraer la información, pero carecen de una interfaz con el medio de comunicación. La figura siguiente muestra la conexión de los equipos con las interfaces para el medio de comunicación. Los modems, llamados también “Equipo de Comunicación de Datos” (DCE, Data Communication Equipment), son capaces de recibir la información de los DTE´s, hacer los cambios necesarios en la forma de la información, y enviarla por el medio de comunicación hacia el otro DCE, el cual recibe la información y la vuelve a transformar para que pueda ser leído por el DTE.

Figura 1: Esquema de conexión de equipos e interfaces de comunicación

ELEMENTOS DEL SISTEMA Un sistema SCADA esta conformado por:

Interfaz Operador – Máquinas: Es el entorno visual que brinda el sistema para que el operador se adapte al proceso desarrollado por la planta. Permite la interacción del ser humano con los medios tecnológicos implementados. 39

Unidad Central (MTU): Conocido como Unidad Maestra. Ejecuta las acciones de mando (programadas) en base a los valores actuales de las variables medidas. La programación se realiza por medio de bloques de programa en lenguaje de alto nivel (como C, Basic, etc.). También se encarga del almacenamiento y procesado ordenado de los datos, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos.

- Unidad Remota (RTU): Lo constituye todo elemento que envía algún tipo de información a la unidad central. Es parte del proceso productivo y necesariamente se encuentra ubicada en la planta.

Sistema de Comunicaciones: Se encarga de la transferencia de información del punto donde se realizan las operaciones, hasta el punto donde se supervisa y controla el proceso. Lo conforman los transmisores, receptores y medios de comunicación.

Transductores: Son los elementos que permiten la conversión de una señal física en una señal eléctrica (y viceversa). Su calibración es muy importante para que no haya problema con la confusión de valores de los datos.

En la siguiente figura se observa un esquema referente a las conexiones del MTU y el operador, y del RTU con los dispositivos de campo (sensores, actuadores)

Figura 3: Esquema del conexionado para el MTU y el RTU La RTU es un sistema que cuenta con un microprocesador e interfaces de entrada y salida tanto analógicas como digitales que permiten tomar la información del proceso provista por los dispositivos de instrumentación y control en una localidad remota y, utilizando técnicas de transmisión de datos, enviarla al sistema central. Un sistema puede contener varios RTUs; siendo capaz de captar un mensaje direccionado hacia él, decodificando lo actuando, respondiendo si es necesario, y esperar por un nuevo mensaje 40

La MTU, bajo un software de control, permite la adquisición de la data a través de todas las RTUs ubicadas remotamente y brinda la capacidad de ejecutar comandos de control remoto cuando es requerido por el operador. Normalmente el MTU cuenta con equipos auxiliares como impresoras y memorias de almacenamiento, las cuales son también parte del conjunto MTU. En muchos casos el MTU debe enviar información a otros sistemas o computadoras. Estas conexiones pueden ser directas y dedicadas o en la forma de una red LAN. La conexión entre el RTU y los dispositivos de Campo es muchas veces realizados vía conductor eléctrico. Usualmente, el RTU provee la potencia para los actuadores y sensores, y algunas veces éstos vienen con un equipo de soporte ante falla en la alimentación de energía (UPS, uninterruptible power supply). La data adquirida por la MTU se presenta a través de una interfaz gráfica en forma comprensible y utilizable, y más aun esta información puede ser impresa en un reporte.

Figura 4: Esquema de conexiones de los elementos de un sistema SCADA 41

Figura 5: Esquema de conexiones de la RTU

Período de Escaneo Uno de los aspectos importantes que debe ser considerado es el tiempo de escaneo de los RTU´s por el MTU, que se define como el tiempo que demora el MTU en realizar una comunicación con cada uno y todos los RTU´s del sistema. Uno de los factores que determina el tiempo de escaneo es el número de RTU´s, en general a mayor número de RTU´s mayor el tiempo de escaneo. Un segundo factor a ser considerado es la cantidad de datos a ser transmitido el cual puede variar entre un par de estados a cientos de estados lo cual incrementa el tiempo de escaneo. Otro factor importante es el número de bits por segundo que puede soportar el medio de transmisión el cual determina el material del medio y el tipo de modulación. Así como el MTU busca y encuentra cada RTU, el RTU busca y encuentra cada sensor y actuador a los cuales está conectado. Esta búsqueda se realiza a mucha mayor velocidad del MTU hacia los RTU. Dispositivos de Campo y Cableado Los dispositivos de campo con los que se dispone en un sistema SCADA son de diversos tipos y en cada uno de ellos existen parámetros de selección, desde el rango de trabajo, precisión, dimensiones, precio, etc., los cuales hacen que cada sistema sea un caso particular aunque todos ellos tienen siempre características comunes. 42

Un detalle que a veces no se toma en cuenta es que los sensores actuadores y el cableado entre ellos también cuesta, generalmente cuestan tres o cuatro veces más que el RTU mismo, UPS, y equipos de comunicaciones para un lugar determinado. Otro punto importante es que un sensor cuya lectura puede ser leída directamente por el operador humano, generalmente cuesta menos que un sensor cuya lectura debe ser leído por un RTU, esto es sencillamente por el sistema de acondicionamiento que debe ser usado. Aún más, un costo adicional debe ser incorporado por el cableado de los equipos hacia el RTU. Alambre de cobre es usado generalmente, porque las señales son generalmente de bajo voltaje. En muchas aplicaciones, un blindaje debe ser adicionado sobre el hilo de cobre para prevenir interferencia electromagnética o ruido sobre la señal. Esto generalmente se manifiesta como un recubrimiento de PVC flexible sobre los conductores. Generalmente los dispositivos de campo no suelen tener borneras suficientes como para poder realizar todos los empalmes necesarios para el funcionamiento del sistema, deben utilizarse cajas de paso o cajas terminales donde se pueden realizar las uniones de los puntos que se desean empalmar. Muchas veces los cables deben llegar al RTU y salir de él, en ese caso siempre se tiene un tablero de conexiones cerca al equipo que puede incluir pequeños elementos de mando y supervisión como displays, pulsadores, leds indicadores e inclusive albergar otros dispositivos como fuentes y dispositivos de protección y control auxiliar. Todos estos dispositivos deben estar debidamente documentados. Esto se realiza mediante planos y manuales de instrucciones. Además todas las licencias, software y protocolos de operación deben ser adjuntados. El costo de los trabajos de ingeniería puede llegar a representar el 50% del costo total del proyecto a diferencia de proyectos no automatizados donde puede llegar a 10% o 15%. Los requerimientos de mantenimiento para un sistema SCADA no son muy diferentes de los requerimientos de mantenimiento de otra alta tecnología de sistemas de control. Los equipos de comunicación, modems, radio y drivers de protocolo no son la excepción. Calibración, validación, y servicio de éstos equipos requieren equipo especial y entrenamiento de personal calificado. Este tipo de servicio suele ser muy especializado y uno debe preveer este tipo de gastos de mantenimiento. Los sensores y actuadores generalmente tienen un comportamiento en donde su eficiencia va disminuyendo con respecto al tiempo debido a efectos de desgaste y condiciones ambientales. El ingeniero debe preveer la posibilidad de un control manual en caso de reemplazo del equipo para no interferir con el sistema. En conclusión el mantenimiento de ésta clase de sistemas suele depender de la magnitud del proyecto pero en general se debe brindar un mantenimiento general regular una o dos veces al año mínimo, donde se verifiquen los parámetros de calibración, se realicen pruebas dinámicas y estáticas a los equipos y se observe el estado físico de los mismos. 43

SOFTWARE SCADA A continuación se muestra una lista de algunos software SCADA y su fabricante: Aimax Desin Instruments S. A. CUBE Orsi España S. A. FIX Intellution. Lookout National Instruments. Monitor Pro Schneider Electric. Scada InTouch LOGITEK. SYSMAC SCS Omron. Scatt Graph 5000ABB. WinCC Siemens. Coros LS-B/Win Siemens. CIRNET CIRCUTOR S.A. FIXDMACS Omron-Intellution. RS-VIEW32 Rockwell GENESIS32 Iconics Introducción a Lookout de National Instruments Lookout es una poderosa herramienta de software (MMI y SCADA) de fácil uso para la automatización industrial. Se ejecuta bajo Windows y se comunica con E/S ubicadas en campo mediante PLCs, RTUs y otros dispositivos. Proyectos típicos de Lookout incluyen control monitoreo y supervisión continua de procesos, fabricación discreta, aplicaciones batch, y sistemas de telemetría remota. Con Lookout, se puede crear representaciones gráficas sobre la pantalla de una computadora de dispositivos reales tales como interruptores (switchs), escalas gráficas, registradores de eventos, botones pulsadores (pushbuttons), preillas (knobs), etc. y después enlazar sus imágenes a los actuales instrumentos de campo usando

PLCs, RTUs, tarjetas DAQ, u otros dispositivos de E/S.

En la figura anterior se puede ver la estructura de un objeto en Lookout, un objeto encapsula datos, parámetros y funcionalidad en un solo paquete. Un objeto es una unidad de programa que se auto contiene, y que tiene una base de datos predefinida, un grupo de parámetros, y funcionalidad empotrada. Se piensa en un objeto como un modelo programado de algo físico. Por ejemplo, un interruptor de luz es algo físico. Se puede prender y apagar. En Lookout un objeto Switch representa el interruptor físico. También puede prenderse o apagarse. Los parámetros definen los límites de la funcionalidad del objeto. Por ejemplo, en el objeto Switch el parámetro Security Level determina quien puede prender o apagarlo, luego una base de datos puede almacenar información indicando la posición actual del interruptor . Introducción a LabView de National Instruments LabVIEW es una herramienta diseñada especialmente para monitorizar, controlar, automatizar y realizar cálculos complejos de señales analógicas y digitales capturadas a través de tarjetas de adquisición de datos, puertos serie y GPIBs (Buses de Intercambio de Propósito General). Es un lenguaje de programación de propósito general, como es el Lenguaje C o Basic, pero con la característica que es totalmente gráfico, facilitando de esta manera el entendimiento y manejo de dicho lenguaje para el diseñador y programador de aplicaciones tipo SCADA. 45

Incluye librerías para la adquisición, análisis, presentación y almacenamiento de datos, GPIB y puertos serie. Además de otras prestaciones, como la conectividad con otros programas, por ejemplo de cálculo, y en especial Matlab. Está basado en la programación modular, lo que permite crear tareas muy complicadas a partir de módulos o sub-módulos mucho más sencillos. Además estos módulos pueden ser usados en otras tareas, con lo cual permite una programación más rápida y provechosa. 2.4 PROTOCOLO D.N.P. V3.00 El DNP (Distributed Network Protocol por sus siglas en inglés) V3.00 es un protocolo para sistemas abiertos, recomendado por el IEEE para comunicación con IED’s y UTR’s. Está basado en la versión de 3 capas de la IEC, que se documenta en el conjunto de normas IEC 870. Se pretende implantar como el protocolo de comunicación estándar entre el Centro de Control y UTR’s, así como a nivel interno de subestaciones: IED’s, UTR’s y concentradores de información. Requerimientos de un Protocolo Estándar.

-Que sea abierto. -Que no sea propietario. -Lo más apegado posible al modelo ISO/OSI. -Que ofrezca posibilidad de migración realizable a UCA. -Que soporte una gran variedad de tipos de datos, como los que usan los IED’s y UTR’s modernas, incluyendo transferencia de archivos y sincronización de tiempo. -Que tenga flexibilidad para definir nuevos tipos de datos. -Que ofrezca facilidades en la configuración de dispositivos (Upload y Download). -Que presente una alta confiabilidad en el manejo de la información. -Que tenga una alta eficiencia. -Que sea asíncrono con longitud de palabra de 8 bits (1 byte). -Que ofrezca una gran capacidad en el direccionamiento de Dispositivos. -Que se cuente con diferentes prioridades en la transferencia de información. -Que tenga tiempos de transmisión predecibles.

-Que pueda operar en los esquemas Maestro-Esclavo, pero que también permita la comunicación espontánea de cualquier dispositivo. -Que puedan existir comunicaciones “peer to peer”, esto es, que cualquier dispositivo pueda comunicarse con cualquier otro. -Que se encuentre completamente definido, documentado y controlado. -Que exista disponibilidad de equipos de prueba. Documentación del DNP V3.00. La lista de documentos disponibles del protocolo DNP V3.00 es la siguiente: -DNP V3.00 Data Link Protocol Description. -DNP V3.00 Transport Functions. -DNP V3.00 Application Layer Protocol Description. -DNP V3.00 Data Object Library. Documentos Adicionales: Definición de Subsets y Guías de Implementación. Modelo de 3 Capas del IEC. EPA = Enhanced Performance Architecture por sus siglas en inglés.

APLICACIÓN ENLACE FÍSICA

Figura 1. Modelo de 3 capas de la IEC.

Capas del Modelo EPA. -Capa Física. Corresponde a la Capa Física del modelo ISO/OSI. -Capa de Enlace. Realiza las funciones de las capas de transporte, red y de enlace, correspondientes al modelo ISO/OSI. -Capa de Aplicación. Incluye las capas de sesión, presentación y aplicación del modelo ISO/OSI. 47

Estructura del Protocolo DNP V3.00. El protocolo DNP V3.00 opera a través de objetos, los cuales se definen como algún tipo de variable que se requiera trabajar (se tiene una lista de objetos que maneja el DNP). Los objetos en DNP se identifican mediante un número de grupo y un número de variación. -El número de grupo denota un tipo general de datos. -El número de variación indica una diferente representación de un mismo punto. Categorías de Objetos. -Estáticos. Reflejan el valor actual de una variable. -Eventos. Se generan como resultado del cambio de datos. -Estáticos congelado. Reflejan el valor congelado de una variable. -Eventos congelados. Son valores congelados que se reportan como eventos. Encabezado de Objeto. El encabezado de un objeto tiene como función especificar que tipo de objetos han sido solicitados en un comando o están contenidos en una respuesta. El encabezado está estructurado de la siguiente manera:

2 bytes Objeto

1 byte Calificador

0 a 8 bytes Rango

-El campo Objeto especifica el grupo y variación de los objetos que siguen. -El campo Calificador especifica el significado del rango. -El campo Rango identifica de manera única los objetos que siguen. Ejemplo 1.Encabezado = 02 01 01 00 0A 00 0C (Pregunta) El significado de este encabezado es el siguiente: -Iniciando con lo dos primeros bytes los cuales proporcionan el Objeto y que son 02 01, se tiene de las tablas de relación de objetos que el significado es “Entrada binaria sin cambio de tiempo”. 48

-El siguiente byte es el del Calificador en este caso 01, con la tabla correspondiente se ve que el significado es “Longitud del rango de 4 bytes con arranque y paro de 16 bits”. -El Rango correspondiente es 00 0A (Arranque) y 00 0C (Paro). La respuesta a esta pregunta sería 02 01 01 00 0A 00 0C 80 00 80, en donde 80 es el dato 1, 00 es el dato 2 y 80 es el dato 3. Ejemplo 2.Encabezado = 02 03 06 (Pregunta) El significado de este encabezado es el siguiente: -Iniciando con lo dos primeros bytes los cuales proporcionan el Objeto y que son 02 03, se tiene de las tablas de relación de objetos que el significado es “Entrada binaria con tiempo relativo”. -El siguiente byte es el del Calificador en este caso 06, con la tabla correspondiente se ve que el significado es “Todos los objetos”. Respuesta = 02 03 27 03 1A 00 80 12 34 2F 13 00 12 36 7C 28 80 12 37 -02 03 indican objeto con longitud de 3 bytes. -27 indica que se tiene contador de 8 bits con rango de 1 byte e índice de 2 bytes. -03 es el valor del contador e indica que hay tres datos. -El índice 1 es 1A 00, el dato 1 es 80 12 34. -El índice 2 es 2F 13, el dato 2 es 00 12 36. -El índice 3 es 7C 28, el dato 3 es 80 12 37. Capa de Aplicación Las funciones de la capa de aplicación son las siguientes: -Define la función de un mensaje. -Envía y recibe mensajes completos, SCADA o DA. -Se comunica con el usuario (Base de datos) y con la capa de enlace. -Recibe solicitudes y envía respuestas. -Realiza solicitudes y recibe respuestas.

A continuación se describe el formato general de solicitud o respuesta.

APCI Message Header

DUI Object Header

IO Data

DUI Object Header

IO Data

El Message Header puede ser para pregunta o respuesta. El formato del Encabezado de Pregunta es:

7 FIR F7

6 FIN F6

5 CON F5

4 UR F4

3 S3 F3

2 S2 F2

1 S1 F1

0 S0 F0

No. de Bit Application Control Function Code

El formato del Encabezado de Respuesta es:

7 FIR FC7 IF7 IS7

6 FIN FC6 IF6 IS6

5 CON FC5 IF5 IS5

4 UR FC4 IF4 IS4

3 S3 FC3 IF3 IS3

2 S2 FC2 IF2 IS2

1 S1 FC1 IF1 IS1

0 S0 FC0 IF0 IS0

No. de Bit Application Control Function Code Internal Indications Byte 1 Internal Indications Byte 2

Ejemplo 3.Pregunta = C2 01 Respuesta = C2 81 90 00 -En el encabezado de pregunta C2H = 19410 = 11000010 y utilizando el Application Control Byte se obtiene el significado el cual es: 11 = Primero y último fragmento, 0 = mensaje sin confirmación, 0 = mensaje normal, 0010 = número de fragmento que es = 210. El siguiente segmento es 01 = 110 = código de función que corresponde a Lectura. -En el encabezado de respuesta C2H = 19410 = 11000010 y utilizando el Application Control Byte se obtiene el significado el cual es: 11 = Primero y último fragmento, 0 = mensaje sin confirmación, 0 = mensaje normal, 0010 = número de fragmento que es = 210. El siguiente byte es 81H = 12910 utilizando el Application Control Byte se obtiene el significado el cual es Respuesta a una solicitud. El siguiente byte es 90 = 1001 0000, utilizando las tablas de indicaciones internas se obtiene 1 = IF7 = Reset del dispositivo, 0, 0, 1 = IF4 = Resincronización de Tiempo. Por último, se tiene el byte 00 el cual corresponde a IS7 e IS6 cuyo significado es Reservado. 50

Funciones de Transporte. Las funciones de transporte no son una capa tal y como la define el modelo ISO/OSI. Sin embargo, realiza funciones equivalentes a la misma, por lo que se le conoce también como Pseudocapa de Transporte. En la dirección de la capa de aplicación a la capa de enlace, los datos deben limitarse a un máximo de 249 bytes por bloque o trama y cada uno de estos bloques se le añade un byte de control o Transport Header. Pueden resultar uno o más bloques hacia la capa de enlace, cada uno con una longitud máxima de 250 bytes (249 bytes de datos más el Transport Header). En el sentido de la capa de enlace a la capa de aplicación, los datos se desempacan de uno o más bloques y se transfieren como un solo mensaje a la capa de aplicación, quitando los Transport Headers.

Encabezado de Transporte. 7 FIN -FIN = 6 FIR 5 S5 4 S4 3 S3 2 S2 1 S1 0 S0 No de Bit Clave del Bit

1 Último bloque de información. 0 Siguen más bloques. -FIR = 1 Primer bloque de información. 0 Bloque diferente al primero. -S0 a S5 = Número de Bloque. Se usa para verificar que cada bloque se reciba en secuencia, lo que previene contra bloques duplicados o faltantes. Todos los mensajes comienzan con un número de bloques especificados en el bloque con el bit FIR encendido. Después del número 63, sigue el 0. Reglas Importantes de la Pseudocapa de Transporte. -Si una estación recibe un bloque con el bit FIR encendido, todos los bloques anteriores se descartan. -El primer bloque de un mensaje puede tener cualquier número de secuencia entre 0 y 63. -Si se recibe un bloque sin el bit FIR encendido, y no hay mensaje en proceso, el bloque se ignora. -Si un mensaje solo está formado por un bloque, ambos bits FIR y FIN están encendidos. Responsabilidades de la Pseudocapa de Transporte. -Empacar los datos provenientes de la capa de aplicación, de acuerdo a los formatos de la capa de enlace de DNP V3.00. -Pasar los datos a la capa de enlace para su transmisión. -Recibir datos de la capa de enlace, desempacarlos y pasarlos a la capa de aplicación. 51

Ejemplo 4.Comando = DA CA 01 02 01 06 Respuesta = DB EA 81 94 00 02 01 17 02 0A 81 0A 01 Comando: -El primer byte es el encabezado de transporte DAH = 21810 = 11011010, los dos primeros bits proporcionan el FIN y el FIR los cuales indican que se tiene un solo bloque de información. Los siguientes 6 bits proporcionan el número de bloque, el que en este caso es el número 26. -El segundo byte corresponde al encabezado de aplicación CAH = 20210 = 11001010, los dos primeros bits 11 indican un solo fragmento, los dos siguientes 00 que es un mensaje normal sin confirmación, y los últimos 4 bits 1010 que es el número de fragmento 10. El tercer byte 01 corresponde también al encabezado de aplicación e indica una función de lectura. -Los siguientes bytes pertenecen al encabezado de objeto y su significado es el siguiente: 02 01 dicen que se tiene una entrada binaria sin cambio de tiempo y 06 todos los objetos. Respuesta: -DB es el encabezado de transporte y en formato binario es igual a 11011011, en donde 11 = un solo bloque y 011011 = número de bloque 27. -EA es el inicio del encabezado de aplicación y en formato binario es = 11101010, el significado de cada uno de los bits es: 11 = un solo fragmento, 1 = se solicita confirmación de la recepción del mensaje, 0 = mensaje normal, 1010 = número de fragmento 10. El byte 81H también corresponde a este encabezado y es igual en decimal a 129 = respuesta a una solicitud. El byte 94H y el 00 también están en el encabezado de aplicación y sus significados son: 94 = 10010100, 1 = reset del dispositivo, 0, 0, 1 = se requiere sincronización de tiempo, 0, 1 = hay datos listos de la clase 2, 0, 0. El byte 00 no se usa. -Los bytes 02 y 01 inician el encabezado de objeto e indican entrada binaria sin cambio de tiempo, el 17 = contador de 8 bits con rango de 1 byte y dirección de 1 byte, 02 = rango (2 datos), 0A = índice 1, 81 = primer dato, 0A = índice 2, 01 = dato 2. Capa de Enlace. Las responsabilidades de la capa de enlace son: -Empacar los datos provenientes de la pseudocapa de transporte, de acuerdo a los formatos de la capa de enlace de DNP V3.00 y transmitirlos a la capa física. -Desempacar los datos recibidos y pasarlos a la pseudocapa de transporte. -Controlar todos los aspectos de la capa física. -Responder a todas las tramas válidas recibidas. 52

-Realizar reintentos en caso de falla. -Realizar conexión o reconexión con la capa de enlace de otras estaciones, al arranque o en caso de falla. -Ejecutar los procedimientos de detección y prevención de colisiones, para asegurar la transferencia confiable de datos a través de la capa física. La estructura del mensaje en la capa de enlace es: 1 1 STAR STAR T T 1 LONGITU D Bloque 0 1 2 2 CONTROL DESTINO ORIGE N Encabezad o 2 CR C Bloque máx 16 DATOS 1 2 CRC

Cuerpo del mensaje

CRC = Código de seguridad. Es posible tener un máximo de 256 bytes sumando el Encabezado y el Cuerpo del mensaje (Bloque 1 hasta el Bloque n). La estructura del carácter de control es: 7 DIR DIR 6 PRM = 1 PRM = 0 5 FCB RES 4 FCV DFC 3 F3 F3 2 F2 F2 1 F1 F1 0 F0 F0

Si se tiene una pregunta se utiliza el primer renglón, en el caso de respuesta se usa el segundo renglón. FCB cambia en función de preguntas o respuestas, FCV se aplica para indicar si le hacemos caso al FCB. Cuando se enciende la UTR se debe enviar un reset de enlace. Ejemplo 5.Pregunta: 05 64 0B C4 00 00 FF EF CA 93, D4, C4 01, 14 05 06 C9 F3 Encabezado de Capa de Enlace. Siguiendo la estructura del mensaje: -05 = arranque. -64 = arranque. -0BH = 1110 = longitud de 11 bytes. -C4H = 11000100 = el primer 1 indica que la comunicación es de estación maestra a UTR, el siguiente 1 = pregunta, 0, 0 = ignore el estado del FCB, 0100 = 4 10 = uso de datos sin confirmación. -00 00 = destino. -FF EF = origen. -CA 93 = CRC. 53

Encabezado de Transporte. -D4 = 11010100, 11 = un solo bloque, 010100 = número de bloque 20. Encabezado de Aplicación. -C4 = 11000100, 11 = un solo fragmento, 0 = no requiere confirmación, 0 = mensaje normal, 0100 = número de fragmento 4. 01 = código de función lectura. Encabezado de Objeto. -14H 05H = 2010 0510 = Contado binario de 32 bits sin bandera (4 bytes). -06 = todos los objetos. -C9 F3 = CRC. Respuesta: 05, 64, 2F, 53, FF EF, 00 00, 30 EC, D1, C4, 81, 90, 00, 14 05, 00, 02, 09, 00 00 00 00 00 00 00 60 00 00 00 00 00 00 02 1E 00 00 00 18 00 00 00 0A 00 00 00 00 00 00 00 CE 14 E0 Encabezado de la Capa de Enlace. -05 = arranque. -64 = arranque. -2F = 4710 = longitud. -53H = 01010011, 0 = de UTR a estación maestra, 1 = mensaje de la estación primaria, 0 = FCB, 1 = verificar el estado de FCB, 0011 = 310 = código de función user data. -FF EF = destino. -00 00 = origen. Encabezado de Transporte. -D1 = 11010001, 11 = un solo bloque, 010001 = número de bloque 17. Encabezado de Aplicación. -C4 = 11000100, 11 = un solo fragmento, 0 = sin confirmación, 0 = mensaje normal, 0100 = número de fragmento 4. -81H = 12910 = respuesta a una solicitud. -90H = 10010000, 1 = reset, 0, 0, 1 = sincronización de tiempo, 0, 0, 0, 0. -00 = no se usa o no hay indicaciones internas. Encabezado de Objeto. -14 05 = 20 05 = contador binario de 32 bits s/bandera (4 bytes). -00 = arranque y paro de 8 bits con 2 bytes de rango. -02 = arranque. -09 = paro. -00 00 00 00 = dato 1, 00 00 00 60 = dato 2, 00 00 00 00 = dato 3, 00 00 02 1E = dato 4, 00 00 00 18 = dato 5, 00 00 00 0A= dato 6, 00 00 00 00 = dato 7, 00 00 00 CE= dato 8, 14 E0 = CRC. 54

APÉNDICE B TEORÍA DE RELEVADORES Control Electromagnético El motor eléctrico constituye la fuerza principal en el campo industrial, ya que este impulsa las maquinas eléctricas y los procesos productivos, así como las instalaciones eléctricas. Todo el movimiento de maquinaria con motores eléctricos se debe a que estos son accionados por circuitos de control que pueden ser manipulados dependiendo de la necesidad de trabajo con que se quiera, pero en estos sistemas se involucran diferentes dispositivos de control que dan las ordenes de trabajo a las maquinas eléctricas. Contactores electromagnéticos. Se emplean junto con dispositivos pilotos de control, para tener el control de cargas como el alumbrado, calefacción, aire acondicionado, así como las instalaciones de fuerza es decir motores. Estos dispositivos consisten en un electroimán con una bobina fija y un núcleo móvil dispuesto en tal forma que al caerse el campo magnético por medio de la boina, dicho núcleo se desaparece y a través de un magnetismo aislado opera abriendo los contactores móviles. En los contactos fijos se conecta la red de alimentación y en los móviles se conectan las terminales del motor por medio de relevadores de protección de sobrecarga por lo tanto los contactos móviles establecen el puente entre contactos fijos de líneas con la carga, esto se muestra en el esquema anterior. Cuando se energiza la bobina, los contactos cambian de su estado original, si son N.C (Normalmente Cerrado ) estos se abren y si son N.A(Normalmente Abierto) estos se cierran. Selección de los contactores. Deben tenerse encuentra los siguientes factores. 1. Tensión y potencia nominales de la carga. 2. Clase de arranque del motor. 3. Número aproximado de accionamientos (conexiones por hora). 4. Condiciones de trabajo: ligera, normal, duro, extrema, etc. Tensión y frecuencia reales de alimentación de la bobina. 5. Si es para el circuito de potencia o únicamente para el circuito de mando, o para ambos.

6. Tensión de aislamiento del contactor. Ventajas del uso de contactores. Posibilidad de maniobra en circuitos sometidos a corrientes muy altas, mediante corrientes débiles. Se puede gobernar un contactor para 200 A, por ejemplo, con bobinas que consumen sólo alrededor de 0.35 A 220 V. Ahorro de tiempo al realizar maniobras prolongadas. Posibilidad de controlar un motor desde varios puntos (estaciones). Seguridad de la persona: dado que se realizan las maniobras desde lugares alejados del motor. Automatización del arranque de motores. Automatización y control en numerosas aplicaciones, con ayuda de los aparatos auxiliares de manso.

• o

• • • • •

Funcionamiento del contactor: Cuando la bobina es recorrida por la corriente eléctrica, genera un campo magnético intenso que hace que el núcleo atraiga a la armadura (parte móvil), de manera que al realizarse este movimiento, se cierran contemporáneamente todos los contactos abiertos (tanto principales como auxiliares) y se abren los contactos cerrados. Para volver los contactos a su estado de reposo basta des energizar la bobina.

Relevadores de sobrecarga. Los relevadores de sobrecarga de un arrancador impiden que un motor tome una corriente excesiva que puede destruir su aislante. Los elementos térmicos o magnéticos, sensibles a la corriente, de los relevadores de sobrecarga, se conectan ya sea directamente en las líneas del motor, o indirectamente en ellas, a través de transformadores de corriente. Los relevadores magnéticos se utilizan como dispositivos auxiliares en los circuitos de control para interrupción, en las bobinas de los arrancadores grandes y para controlar motores pequeños u otras cargas. No proporcionan protección contra sobrecarga a los motores, y cualquier contacto disponible, normalmente abierto se puede conectar. Características generales. - Aislamiento entre los terminales de entrada y de salida. - Adaptación sencilla a la fuente de control. - Posibilidad de soportar sobrecargas, tanto en el circuito de entrada como en el de salida. -Las dos posiciones de trabajo en los bornes de salida de un relé se caracterizan por: - En estado abierto, alta impedancia.

- En estado cerrado, baja impedancia. Para los relés de estado sólido. - Gran número de conmutaciones. - Larga vida útil. - Conexión en el paso de tensión por cero, desconexión en el paso de intensidad por cero. - Ausencia de ruido mecánico de conmutación. - Escasa potencia de mando, compatible con TTL y MOS. - Insensibilidad a las sacudidas y a los golpes. - Cerrado a las influencias exteriores por un recubrimiento plástico. Estructura de los relevadores. Se puede distinguir un relé los siguientes bloques: - Circuito de entrada, control o excitación. - Circuito de acoplamiento. - Circuito de salida, carga o maniobra, constituido por:

• • •

circuito excitador. dispositivo conmutador de frecuencia. Protecciones.

Tipos de relévadores. Por construcción. Relés de atracción de armadura. Son relés de tipo electromagnético, en donde se utiliza una corriente eléctrica para crear un flujo magnético y atraer Linea armadura. El movimiento de la armadura abre o cierra los contactos del mismo relé. Su construcción puede ser muy variada. Los relévadores de atracción de armadura.

•

Relé tipo balancín. Este tipo de construcción compara el troque producido por una corriente contra el producido por la acción de un resorte pivote ando, formando una especie de balanza. Cuando la intensidad de la corriente es tal que se vence la acciona del resorte, el relé cierra sus contactos. Relé tipo armadura. Al igual que en el tipo anterior; en este tipo de relé se compara la acción de la corriente contra la fuerza que opone un resorte y la gravedad de la armadura, la cual es móvil. Cuando la intensidad de la corriente

•

es lo suficientemente grande, la parte fija de la armadura atrae a la parte móvil, la cual se desplaza cerrando los contactos. Relés de inducción. Son de tipo electromagnético, que emplea el mismo principio de operación de los motores eléctricos. El movimiento del rotor abre o cierra los contactos del relé. 1. Relé tipo motor D.C. Se compara la acción de unas corrientes contra la fuerza de oposición de un resorte. Son Relés poco usados, debido a su baja con fiabilidad. 1. Relé tipo motor A.C. Polos de Sombra. Compara la acción de una corriente. Contra la acción de un resorte. Los relé de disco tipo polos de sombra1 muy utilizado por su gran con fiabilidad. 1. Relé de Copa o Tambor. Su construcción consiste en una jaula de ardilla, de gran número de barras que se transforma en un cilindro metálico, separado del material magnético del rotor para que s6lo gire la jaula, presentando así una poca inercia; el material ferromagnético, del rotor no gira. Esta construcción permite tener relés de mayores torques y menores inercias que la construcción de disco, en razón de que permite aumentar el área actuante con un ligero aumento de la inercia. Por cuanto no se aumenta el radio de giro, como ocurre en las construcciones tipo disco.

1. Relé tipo watthorímetro. Este relé es similar en cuanto a su operación al relé de

polos de sombra, por tanto el troque producido por las corrientes es dependiente del desfase entre las mismas. El relé cierra sus contactos cuando el troque es positivo. Relés electrónicos. Son construidos con elementos de estado sólido para ejecutar las mismas funciones que realizan los relés electromagnéticos. Siendo la principal ventaja de estos relés su velocidad de operación. Al igual que los otros tipos de relés su construcción puede ser muy variada dependiendo del uso que se le va a dar. Un tipo de construcción es el puente rectificador, comparador de fase, el cual suministra una salida en la bobina correspondiente, dependiente de la fase entre las corrientes que la alimentan. Dicha salida puede ser usada para restablecer o interrumpir circuitos iguales a los del relé electromagnético. Estaciones de Botones. Un diagrama básico de control expresado en la forma de diagrama de línea, es aquel que muestra una estación de botones controlando una lámpara o motor. El circuito se considera manual, debido a que una persona debe iniciar la acción para que el circuito se active. El motor se puede controlar desde un punto alejado, usando estaciones de botones. Deben incluirse interruptores magnéticos con las estaciones de botones para control remoto, o cuando los dispositivos automáticos no tengan la capacidad eléctrica para conducir las corrientes de arranque y marcha del motor. La estación de botones proporciona el control de un motor al oprimir un botón; usando más de uno de estos dispositivos es posible controlar un motor desde muchos lugares como estaciones se conectan a través del mismo controlador magnético.

Los contactos de las estaciones de botones para doble interrupción, accionados por botones de plástico. Estos se fabrican para dos tipos de servicio: el servicio normal y el servicio pesado. Y se proporcionan dos juegos de contactos para cuando se oprima un botón, se abre un juego y se cierra otro; obteniendo un sistema normalmente abierto y un sistema normalmente cerrado. La corriente que interrumpe una estación de botones es pequeña y puede montarse directamente junto al controlador y la operación de éste no se ve afectada. Las principales condiciones de operación de un motor se controlan por medio de estaciones de botones, tales como: arranque, parada, marcha hacia delante, hacia atrás, rápido y lento. Un dispositivo que arranque el motor por pasos o para invertir su sentido de rotación, puede hacer uso de las señales de lo elementos por controlar, como son: temperatura, presión, nivel de un líquido o cualquier otro cambio físico que requiera el arranqué o paro del motor, y que evidentemente le dan un mayor grado de complejidad. Arrancadores magnéticos Los arrancadores magnéticos del tipo para el voltaje de la línea, son dispositivos electromecánicos que proporcionan un medio seguro, conveniente y económico para arrancar y parar motores. Estos dispositivos se utilizan ampliamente por sus características de economía y seguridad, pero, principalmente, porque se pueden controlar desde un punto lejano. Se usan cuando se puede aplicar con seguridad un torque de arranque a pleno voltaje a la maquina impulsada y cuando no hay objeción a la oleada de corriente resultante del arranque a través de la línea. Estos arrancadores se controlan por medio de dispositivos piloto, tales como acciones, de botones, interruptores de flotador, o relevadores de control de tiempo. Los arrancadores magnéticos se fabrican en muchos tamaños, como el 00, para 10 amperes, hasta el tamaño 8, de 1,350 amperes. A cada tamaño se le ha asignado cierta capacidad en altos de fuerza que se pueden aplicar cuando se utiliza el motor para servicio normal arranque.

APÉNDICE C Circuitos Combinatorios Un circuito combinatorio es un arreglo de compuertas lógicas con un conjunto de entradas y salidas. Las n variables de entrada binarias vienen de una fuente externa, las m variables de salida van a un destino externo, y entre éstas hay una interconexión de compuertas lógicas. Un circuito combinatorio transforma la información binaria de los datos de entrada a los datos de salida requeridos. Un circuito combinatorio puede describirse mediante una tabla de verdad que muestre la relación binaria entre las n variables de entrada y las m variables de salida. Puede especificarse también con m funciones booleanas, una por cada variable de salida. Cada función de salida se expresa en término de las n variables de entrada. El análisis de un circuito combinatorio comienza con un diagrama de circuito lógico determinado y culmina con un conjunto de funciones booleanas o una tabla de verdad. El diseño de circuitos combinatorios parte del planteamiento verbal del problema y termina con un diagrama de circuito lógico. Pasos: 1- Se establece el problema 2- Se asignan letras a las variables de entrada y salida 3- Se deriva la tabla de verdad que define la relación entre entradas y salidas 4- Se obtienen las funciones booleanas simplificadas para cada salida 5- Se traza el diagrama lógico **Semisumador. Un circuito combinatorio que ejecuta la suma de dos bits se llama semisumador. Las variables de entrada de un semisumador se llaman bits sumando y cosumando. Las variables de salida se llaman suma y acarreo. **Sumador completo o total. Es un circuito combinatorio que forma la suma aritmética de tres bits de entrada. Consiste de tres entradas y dos salidas. Dos de las variables de entrada representan los dos bits significativos a sumarse. La tercera representa el acarreo de la posición menos significativa previa. Flip-Flops El tipo más común de circuitos secuenciales es el tipo síncrono. Estos emplean señales que afectan los elementos de almacenamiento sólo en instantes discretos de tiempo. La sincronización se logra con un dispositivo de tiempo llamado generador de pulso de reloj, que produce un tren periódico de pulsos de reloj. Los elementos de almacenamiento se afectan solo con la llegada del pulso de sincronización. Los circuitos secuenciales síncronos raramente manifiestan problemas de inestabilidad y su temporización se descompone fácilmente en pasos discretos independientes. Los elementos de almacenamiento empleados en los circuitos secuenciales con reloj se llaman flip-flops. Un flip-flop es una celda binaria capaz de almacenar un bit de información. Tiene dos salidas, una para el valor normal y una para el valor complementario del bit almacenado. Un flip-flop mantiene un estado binario hasta que es dirigido por un pulso de reloj para que cambie el estado. ** Flip-flop SR Tiene tres entradas, S (de inicio), R (reinicio o borrado) y C (para reloj). Tiene una salida Q, y a veces también tiene una salida complementada. Hay un pequeño triángulo enfrente de la letra C, para designar una entrada dinámica. Denota el hecho de que el flip-flop responde a una transición positiva (de 0 a 1) de la señal de reloj. Si no hay una señal en la entrada de reloj C, la salida del circuito no puede cambiar

independientemente de cuáles sean los valores de las entradas S y R. Sólo cuando la señal cambia de 0 a 1 puede la salida afectarse de acuerdo con los valores de las entradas. Este flip-flop no debe recibir pulsos de reloj cuando S=R=1 ya que produce un estado siguiente indeterminado. ** Flip-flop D Un flip-flop SR se convierte a un flip-flop D insertando un inversor entre S y R y asignando el símbolo D a la entrada única. La entrada D se muestra durante la ocurrencia de una transición de reloj de 0 a 1. La salida Q recibe su valor de la entrada D cada vez que la señal de reloj pasa a través de una transición de 0 a 1. Aunque el flip-flop D tiene la ventaja de tener sólo una entrada, tiene la desventaja de que su tabla característica no tiene una condición Q(t + 1) = Q(t) “sin cambio”. ** Flip-flop JK Las entradas J y K se comportan como las entradas S y R para iniciar y reiniciar el flipflop. Cuando las entradas J y K son ambas igual a 1, una transición de reloj alterna las salidas del flip-flop a su estado complementario. ** Flip-flop T Este flip-flop se obtiene del tipo JK cuando las entradas J y K se conectan para proporcionar una entrada única designada por T. El flip-flop T tiene sólo dos condiciones. T.⊕Ecuación característica: Q(t + 1) = Q(t) ** Flip-flop disparado por el flanco Sirve para sincronizar el cambio de estado durante una transición de pulso de reloj. En este tipo de flip-flop, las transiciones de la salida ocurren a un nivel específico de pulso de reloj. Cuando el nivel de pulso de entrada excede este nivel de umbral, las entradas se tienen de manera que el flip-flop no responde a cambios adicionales de las entradas hasta que el pulso de reloj regresa a 0 y ocurre otro pulso. La transición de reloj positiva efectiva incluye un tiempo mínimo llamado tiempo de establecimiento, en el cual la entrada D debe permanecer en un valor constante antes de la transición, y un tiempo definido llamado tiempo de retención, en el cual la entrada D no debe cambiar después de la transición positiva. ** Flip-flop amo-esclavo Este tipo de circuito consta de dos flip-flops. El primero es el amo y responde al nivel positivo del reloj; el segundo es el esclavo y responde al nivel negativo del reloj. El resultado es que la salida cambia durante la transición de la señal del reloj de 1 a 0. Circuitos Secuenciales Un circuito secuencial es una interconexión de flip-flops y compuertas. Las compuertas por sí mismas constituyen un circuito combinatorio, pero cuando se incluyen junto con los flip-flops, el circuito complemento se clasifica como un circuito secuencial. El bloque de un circuito combinatorio recibe señales binarias de las entradas externas y de las salidas de los flip-flops. Las salidas del circuito combinatorio van a las salidas externas y a las entradas de los flip-flops. Las compuertas en el circuito combinatorio determinan el valor binario que va a almacenarse en los flip-flops después de cada transición de reloj. Las salidas de los flip-flops, a su vez, se aplican a las entradas del circuito combinatorio y determinan el comportamiento del circuito. Un circuito secuencial se especifica por una secuencia de tiempos de las entradas externas, salidas externas y estados binarios de los flip-flops internos. Ecuación de entrada de los flip-flops La parte del circuito combinatorio que genera las entradas a los flip-flops se describe por medio de un conjunto de expresiones booleanas llamadas ecuaciones de entrada de los flip-flop.

Tabla de estado El comportamiento de un circuito secuencial se determina por sus entradas, sus salidas y el estado de sus flip-flops. Un circuito secuencial se especifica por una tabla de estado que relaciona las salidas y los estados siguientes como una función de las entradas y de los estados presentes. La sección de entrada da un valor de x para cada estado presente posible. La sección de estado siguiente muestra los estados de los flip-flops en un período de reloj después a un tiempo t + 1. Diagrama de estado La información disponible en una tabla de estado se puede representar gráficamente con un diagrama de estado. El estado se representa con un círculo y la transición entre estados se indican con líneas que conectan los círculos.

APÉNDICE D SISTEMAS DE NUMERACIÓN

Los sistemas digitales actúan bajo el control de variables discretas, entendiéndose por éstas, las variables que pueden tomar un número finito de valores. Los números pueden representarse en diversos sistemas de numeración que se diferencian por su base. La base de un sistema de numeración es el número de símbolos distintos utilizados para la representación de las cantidades. El sistema de numeración utilizado en los cálculos habituales es el de base diez, en el cual existen diez símbolos distintos, del 0 al 9. En el sistema binario su base es 2 y sólo tiene dos símbolos, el 0 y el 1, con los cuales tiene que representar todos los números. El sistema hexadecimal tiene una base 16 y está formado por 16 caracteres, 0 al 9 y de la A a la F.

TABLA DE CORRESPONDENCIAS ENTRE SISTEMAS. BINARIO 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 HEXADECIMAL 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A BCD 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 0001 0000

DECIMAL 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

11 12 13 14 15 16

1011 1100 1101 1110 1111 1 0000

B C D E F 10

0001 0001 0001 0010 0001 0011 0001 0100 0001 0101 0001 0110

CONVERSIÓN DE BIARIO A DECIMAL.

1 (2)

25 (10)

+ 0

+ 22

+ 0

32 + 8 + 4 + 1 = 45

· 1

CONVERSIÓN DE HEXADECIMAL A BINARIO Y DECIMAL. F A 3 (16)

0001

1111

1010

0011 (2)

1*163

+ 15*162 + 10*161 + 3*160 = 4096 + 3840 + 160 + 3 = 8099 (10)

REPRESENTACIÓN DE LA INFORMACIÓN BIT. Las operaciones combinacionales, funciones de memoria y gran parte de las operaciones básicas elaboran la información con longitud de 1 BIT, el cual puede contener el valor de 0 ó 1. BYTE. Un BYTE (B) es un grupo de 8 BITS numerados de 0 a 7 como representa la figura. WORD (palabra). 1 WORD (W) = 2 BYTE = 16 BITS Ej: EW0 = 1337 dec = 101 0011 1001 bin DOBLE WORD. 1 DOBLE WORD (D) = 2 WORD = 4 BYTE = 32 BITS Ejemplo: D10 ocupa W10 y W11 siendo este último el de menor peso, por consiguiente ocupa B10, B11, B12, B13.

Bibliografía http://74.125.95.132/search? q=cache:wdpeRSouVkUJ:www.acotecsa.com.mx/servicios/servbase.htm+plc+y+subes taciones&cd=72&hl=es&ct=clnk&gl=mx http://www.quiminet.com.mx/ar8/ar_%25C1%25EC%251Fw%25CC%253F%251D %25D7.htm www.mitecnologico.com/Main/ControladoresLogicosProgramablesPlc Fuentes: http://es.wikipedia.org/wiki/Controlador_l%C3%B3gico_programable http://www.geocities.com/ingenieria_control/control1.htm http://www.grupo-maser.com/PAG_Cursos/Auto/auto2/auto2/PAGINA%20PRINCIPAL/ PLC/plc.htm http://electronicosonline.com/noticias/notas.php?id=2329_0_1_0_M21 http://www.unicrom.com/art_historia_PLC.asp http://www.eindustria.com/ar9/ar_%25F38%259C%25A2%25AA4%2584%25D2.htm www.cfe.gob.mx/es/LaEmpresa/queescfe/historia/ http://www.cfe.gob.mx/es/LaEmpresa/queescfe/informelabores/2informedelabores0708/ http://74.125.95.132/search? q=cache:ge0oG5t8jxgJ:www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r6861.DO C+protecciones+subestaci%F3n&cd=15&hl=es&ct=clnk&gl=mx http://tesisalfovan.wordpress.com/6-proyecto-final/

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domingo, 5 de junio de 2011

historia de los plc hasta la actualidad

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