Páginas:
1232
Edición:
3
Fecha de publicación:
12/02/2018
ISBN:
9788426725899
Formato:
20x26 cms

Sistemas de automatización y autómatas programables

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Este libro pretende transmitir al lector los conceptos tecnológicos ligados a los autómatas programables y su utilización para implementar sistemas de automatización. Para ello los autores, basándose en su experiencia en el diseño de sistemas de control y en la enseñanza de los mismos, han organizado el libro en cinco partes, además de en capítulos, para estructurar mejor los innumerables conceptos ligados a los sistemas de automatización.

En el capítulo 1 de la parte 1 se estudian los conceptos generales asociados a los controladores lógicos y en la parte 2, formada por los capítulos 2 y 3, se describen el sistema de programación STEP7 y el sistema IEC1131‐3, respectivamente.

La parte 3 está formada por los capítulos 4, 5 y 6. El capítulo 4 analiza los principales conceptos de los sistemas  lectrónicos de control, como introducción al capítulo 5, dedicado a los métodos de diseño de sistemas de control lógico, y al  capítulo 6 en el que se describen los sistemas de control de procesos continuos.

La parte 4, formada por los capítulos 7, 8 y 9, está dedicada al entorno de los autómatas programables del que forman parte los sensores industriales, los interfaces de conexión con el proceso y el usuario, y las Comunicaciones Industriales. La parte 5 incluye el capítulo 10, dedicado a estudiar la confiabilidad de los sistemas electrónicos de control en general y la de los autómatas programables en particular.

Hay que resaltar también que, para que el libro sea autocontenido, se incluyen en él cinco apéndices. En el apéndice 1 se estudian los conceptos de las Comunicaciones Digitales necesarios para comprender las Comunicaciones Industriales. En los apéndices 3, 4 y 5 se describen, respectivamente, la red de sensores y actuadores AS‐i, la red de control PROFIBUS y la red Ethernet Industrial Profinet. En el apéndice 5 se analizan los principales conceptos asociados a la  garantía de funcionamiento o confiabilidad de los sistemas electrónicos en general, necesarios para comprender los sistemas electrónicos de control seguros ante averías y de elevada disponibilidad.

Hay que destacar, además, los apéndices 6 y 7 y el índice alfabético en castellano e inglés, que tienen como objetivo concienciar al lector, por una parte, sobre la necesidad de conocer los términos ingleses y por otra, de crear términos en español. Se pretende de esta forma contribuir a la mentalización de los técnicos de habla hispana sobre la importancia económica del idioma común que hablamos en España y en Iberoamérica.

Este libro no sólo va dirigido a los técnicos que se quieren especializar en el diseño de instalaciones de control industrial, sino también a los técnicos especializados en las diferentes áreas de la ingeniería, como por ejemplo la mecánica, la generación y distribución de energía eléctrica, la química, etc., que necesitan conocer los fundamentos de los sistemas electrónicos de control y sus aplicaciones.

Figuras del libro en www.marcombo.info

PARTE 1 FUNDAMENTOS DE LOS CONTROLADORES LÓGICOS

Capítulo 1 INTRODUCCIÓN A LOS CONTROLADORES LÓGICOS
1.1 CONCEPTOS GENERALES ………………………………………………………………………… 3
1.2 CONTROLADORES LÓGICOS SIN UNIDAD OPERATIVA……………………………….. 7
1.2.1 CONTROLADORES LÓGICOS COMBINACIONALES………………………………………………………  7
1.2.2 CONTROLADORES LÓGICOS SECUENCIALES…………………………………………………………….  10
1.2.2.1 Introducción……………………………………………………………………………………………………………..  10
1.2.2.2 Descripción de los sistemas secuenciales……………………………………………………………………… 12
Especificación mediante niveles de las variables de entrada……………………………………………………… 12
Especificación mediante cambios de nivel de las variables de entrada ………………………………………. 14
1.2.2.3 Controladores lógicos implementados con sistemas secuenciales síncronos…………………….. 21
Controladores lógicos cableados…………………………………………………………………………………………….  21
Controladores lógicos programables de arquitectura fija………………………………………………………….. 21
Controladores lógicos programables de arquitectura configurable…………………………………………….. 23
1.3 CONTROLADORES LÓGICOS CON UNIDAD OPERATIVA………………………………  25
1.3.1 INTRODUCCIÓN …………………………………………………………………………………………………………. 26
1.3.2 AUTÓMATAS PROGRAMABLES CON UNA UNIDAD LÓGICA………………………………………… 26
1.3.2.1 Introducción……………………………………………………………………………………………………………….. 26
1.3.2.2 Conceptos básicos……………………………………………………………………………………………………….  26
Unidades de entrada y salida………………………………………………………………………………………………….  28
Unidad Central……………………………………………………………………………………………………………………..  30
1.3.3 AUTÓMATAS PROGRAMABLES BASADOS EN UN COMPUTADOR………………………………..  33
1.3.3.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………………………. 33
1.3.3.2 Características generales de los computadores ………………………………………………………………. 34
Unidad de control  ………………………………………………………………………………………………………………… 35
Unidad de memoria……………………………………………………………………………………………………………….  37
1.3.3.3 Características generales de los autómatas programables basados en un computador………..  41
1.3.3.3.1 Unidades de acoplamiento de entrada y salida de variables digitales y analógicas……………  44
1.3.3.3.2 Unidades de entrada/salida especiales ……………………………………………………………………….. 44
1.3.3.3.3 Procesadores de comunicaciones………………………………………………………………………………..  44
1.3.3.3.4 Memoria de programa……………………………………………………………………………………………….  44
1.3.3.3.5 Memoria de datos………………………………………………………………………………………………………  45
1.3.3.4 Recursos físicos (Hardware) y de programación (Software) de los autómatas programables basados en un computador…………………………………………………………………………………………………………………………….  46
Unidad Central………………………………………………………………………………………………………………………..  48
Capacidad de memoria de programa/datos………………………………………………………………………………..  48
Capacidad de entradas y salidas digitales…………………………………………………………………………………..  49
Modularidad de entradas y salidas……………………………………………………………………………………………  49
Módulos específicos de entrada/salida………………………………………………………………………………………  53
Capacidad de interrupción……………………………………………………………………………………………………….  54
Interfaz máquina-usuario………………………………………………………………………………………………………..  56
Recursos de Comunicaciones…………………………………………………………………………………………………..  58
Protección ante sabotajes y averías…………………………………………………………………………………………… 60
Lenguajes de programación……………………………………………………………………………………………………..  61
Bibliografía……………………………………………………………………………………………………  61

PARTE 2 SISTEMAS DE PROGRAMACIÓN DE LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES

Capítulo 2 SISTEMA STEP7 DE PROGRAMACIÓN DE AUTÓMATAS PROGRAMABLES
2.1 INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………………..  65
2.2 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE STEP7…………………………………………………..  65
2.2.1 TIPOS DE DATOS…………………………………………………………………………………………………………….  66
2.2.2 UNIDADES DE ORGANIZACIÓN DEL PROGRAMA…………………………………………………………..  67
2.2.3 VARIABLES……………………………………………………………………………………………………………………..  70
2.3 LENGUAJE DE LISTA DE INSTRUCCIONES (AWL) DE STEP7………………………………….. 70
2.3.1 CONCEPTOS GENERALES………………………………………………………………………………………………..  70
2.3.2 IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES……………………………………………………………………………………. 70
2.3.3 INSTRUCCIONES……………………………………………………………………………………………………………… 72
2.3.4 INSTRUCCIONES QUE OPERAN CON VARIABLES LÓGICAS…………………………………………….. 74
2.3.4.1 Introducción…………………………………………………………………………………………………………………… 74
2.3.4.2 Instrucciones de selección, de entrada y salida o de operación…………………………………………….  75
Instrucciones sin paréntesis………………………………………………………………………………………………………..  75
Instrucciones con paréntesis……………………………………………………………………………………………………….  80
2.3.4.3 Instrucciones de memorización…………………………………………………………………………………………  87
2.3.4.4 Instrucciones que operan con flancos………………………………………………………………………………… 90
2.3.5 INSTRUCCIONES QUE OPERAN CON COMBINACIONES BINARIAS………………………………….  94
2.3.5.1 Introducción……………………………………………………………………………………………………………………  94
2.3.5.2 Instrucciones de carga y transferencia……………………………………………………………………………….. 94
2.3.5.3 Instrucciones aritméticas………………………………………………………………………………………………….  98
2.3.5.4 Instrucciones de comparación………………………………………………………………………………………….. 101
2.3.5.5 Instrucciones de conversión …………………………………………………………………………………………….. 102
2.3.5.6 Instrucciones de desplazamiento y rotación ………………………………………………………………………. 104
2.3.5.7 Instrucciones lógicas con combinaciones binarias………………………………………………………………. 105
2.3.6 INSTRUCCIONES DE TEMPORIZACIÓN……………………………………………………………………………. 107
2.3.7 INSTRUCCIONES DE CONTAJE…………………………………………………………………………………………. 119
2.3.8 INSTRUCCIONES DE CONTROL DEL PROGRAMA…………………………………………………………….. 125
2.3.8.1 Instrucciones de salto……………………………………………………………………………………………………….  126
2.3.8.2 Instrucciones de control de bloque…………………………………………………………………………………….  132
2.3.8.3 Instrucciones de control de la ejecución de un grupo de instrucciones…………………………………..  135
2.4 LENGUAJE DE ESQUEMA DE CONTACTOS (KOP) DE STEP7……………………………………..  136
2.4.1 CONCEPTOS GENERALES…………………………………………………………………………………………………… 136
2.4.2 IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES………………………………………………………………………………………  138
2.4.3 OPERACIONES CON CONTACTOS………………………………………………………………………………………. 138
2.4.3.1 Operaciones lógicas……………………………………………………………………………………………………………  140
2.4.3.2 Operaciones de memorización……………………………………………………………………………………………. 144
2.4.3.3 Operación de inversión………………………………………………………………………………………………………  146
2.4.4 OPERACIONES CON CONTACTOS Y BLOQUES……………………………………………………………………  146
2.4.4.1 Operaciones con flancos……………………………………………………………………………………………………… 146
2.4.4.2 Operaciones de temporización ……………………………………………………………………………………………. 149
2.4.4.3 Operaciones de contaje……………………………………………………………………………………………………….. 151
2.5 LENGUAJE DE DIAGRAMA DE FUNCIONES (FUP) DE STEP7………………………………………  153
2.5.1 CONCEPTOS GENERALES…………………………………………………………………………………………………….. 153
2.5.2 IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES………………………………………………………………………………………..  153
2.5.3 OPERACIONES LÓGICAS……………………………………………………………………………………………………… 153
2.5.4 OPERACIONES DE MEMORIZACIÓN……………………………………………………………………………………  158
2.5.5 OPERACIONES CON FLANCOS……………………………………………………………………………………………..  161
2.5.6 OPERACIONES DE TEMPORIZACIÓN…………………………………………………………………………………..  163
2.5.7 OPERACIONES DE CONTAJE………………………………………………………………………………………………..  165
2.6 LENGUAJE DE DIAGRAMA FUNCIONAL DE SECUENCIAS (S7-GRAPH) DE STEP7……  166
Bibliografía………………………………………………………………………………………………………….  166

Capítulo 3 SISTEMA NORMALIZADO IEC 61131-3 DE PROGRAMACIÓN DE AUTÓMATAS PROGRAMABLES
3.1 INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………………………………………………. 167
3.2 CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL SISTEMA NORMALIZADO IEC 61131-3………….  168
3.2.1 TIPOS DE DATOS……………………………………………………………………………………………………………………  168
3.2.2 UNIDADES DE ORGANIZACIÓN DEL PROGRAMA DE UN PROYECTO……………………………………. 168
3.2.2.1 Subprogramas………………………………………………………………………………………………………………………. 169
3.2.2.2 Funciones…………………………………………………………………………………………………………………………….. 170
3.2.2.3 Bloques funcionales………………………………………………………………………………………………………………  171
3.2.2.4 Variables……………………………………………………………………………………………………………………………..  172
3.3 LENGUAJE NORMALIZADO DE LISTA DE INSTRUCCIONES…………………………………………  173
3.3.1 CONCEPTOS GENERALES………………………………………………………………………………………………………  173
3.3.2 IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES………………………………………………………………………………………….. 174
3.3.3 INSTRUCCIONES……………………………………………………………………………………………………………………. 175
3.3.4 INSTRUCCIONES QUE OPERAN CON VARIABLES LÓGICAS……………………………………………………. 176
3.3.4.1 Introducción………………………………………………………………………………………………………………………….  176
3.3.4.2 Instrucciones de selección, de entrada y salida o de operación……………………………………………………  177
3.3.4.3 Instrucciones de memorización……………………………………………………………………………………………….  184
3.3.4.4 Instrucciones que operan con flancos……………………………………………………………………………………….  184
3.3.5 INSTRUCCIONES QUE OPERAN CON COMBINACIONES BINARIAS…………………………………………  185
3.3.5.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………………………………….. 185
3.3.5.2 Instrucciones de selección……………………………………………………………………………………………………….. 185
3.3.5.3 Instrucciones aritméticas………………………………………………………………………………………………………..  185
3.3.5.4 Instrucciones de comparación…………………………………………………………………………………………………  186
3.3.5.5 Instrucciones lógicas con combinaciones binarias……………………………………………………………………… 188
3.3.6 INSTRUCCIONES DE CONTROL……………………………………………………………………………………………….  189
3.3.6.1 Instrucciones de salto………………………………………………………………………………………………………………  189
3.3.6.2 Instrucciones de llamada y retorno de módulo…………………………………………………………………………..  190
3.3.7 FUNCIONES……………………………………………………………………………………………………………………………..  192
3.3.8 BLOQUES  FUNCIONALES……………………………………………………………………………………………………….. 195
3.3.8.1 Introducción…………………………………………………………………………………………………………………………… 195
3.3.8.2 Bloques funcionales de memorización………………………………………………………………………………………. 195
3.3.8.3 Bloques funcionales de detección de flanco……………………………………………………………………………….  197
3.3.8.4 Bloques funcionales temporizadores………………………………………………………………………………………… 198
3.3.8.5 Bloques funcionales contadores……………………………………………………………………………………………….. 200
3.3.8.6 Bloques funcionales de usuario………………………………………………………………………………………………… 205
3.4 LENGUAJE NORMALIZADO DE ESQUEMA DE CONTACTOS……………………………………  205
3.4.1 CONCEPTOS GENERALES………………………………………………………………………………………………………..  205
3.4.2 IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES……………………………………………………………………………………………. 206
3.4.3 OPERACIONES CON CONTACTOS…………………………………………………………………………………………….  207
3.4.3.1 Operaciones lógicas…………………………………………………………………………………………………………………. 208
3.4.3.2 Operaciones de memorización…………………………………………………………………………………………………   210
3.4.3.3 Operaciones con flancos…………………………………………………………………………………………………………..  211
3.4.4 BLOQUES FUNCIONALES…………………………………………………………………………………………………………  214
3.4.4.1 Bloques funcionales normalizados…………………………………………………………………………………………….. 214
3.4.4.2 Bloques funcionales de usuario…………………………………………………………………………………………………. 215
3.4.5 FUNCIONES……………………………………………………………………………………………………………………………… 216
3.5 LENGUAJE NORMALIZADO DE DIAGRAMA DE FUNCIONES…………………………………… 216
3.5.1 CONCEPTOS GENERALES…………………………………………………………………………………………………………  216
3.5.2 IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES…………………………………………………………………………………………….  216
3.5.3 OPERACIONES LÓGICAS………………………………………………………………………………………………………….. 217
3.5.4 BLOQUES FUNCIONALES………………………………………………………………………………………………………… 218
3.6 DIAGRAMA FUNCIONAL DE ECUENCIAS…………………………………………………………………………..  220
3.7 IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA NORMALIZADO IEC 61131-3……………………………………… 220
Bibliografía……………………………………………………………………………………………………………  231

PARTE 3 CONTROLADORES ELECTRÓNICOS

Capítulo 4 FUNDAMENTOS DE LOS CONTROLADORES ELECTRÓNICOS
4.1 INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………………………..  235
4.2 CLASIFICACIÓN Y FUNDAMENTOS DE LOS CONTROLADORES ELECTRÓNICOS………  236
4.2.1 CLASIFICACIÓN DE LOS CONTROLADORES ELECTRÓNICOS SEGÚN LA FORMA DE LLEVAR A CABO EL CONTROL…………………………………………………………………………………………………………………………………………. 238
4.2.2 CLASIFICACIÓN DE LOS CONTROLADORES ELECTRÓNICOS SEGÚN EL TIPO DE VARIABLES DE ENTRADA…………………………………………………………………………………………………………………………………………  240
4.2.2.1 Introducción……………………………………………………………………………………………………………………………  240
4.2.2.2 Controladores lógicos………………………………………………………………………………………………………………  241
4.2.2.3 Controladores de procesos continuos………………………………………………………………………………………… 241
4.2.2.3.1 Introducción y clasificación……………………………………………………………………………………………………  241
4.2.2.3.2 Clasificación de los controladores de procesos según el tipo de señales internas…………………………  242
Controladores analógicos de procesos………………………………………………………………………………………………….  242
Controladores digitales de procesos……………………………………………………………………………………………………..  242
4.2.2.3.3 Clasificación de los controladores de procesos según el algoritmo de control……………………………..  244
4.2.3 CLASIFICACIÓN DE LOS CONTROLADORES ELECTRÓNICOS SEGÚN LA ESTRUCTURA ORGANIZATIVA……………………………………………………………………………………………………………………………….   248
4.2.4 CLASIFICACIÓN LOS CONTROLADORES ELECTRÓNICOS SEGÚN EL NIVEL DE RIESGO……………………………………………………………………………………………………………………………………………   248
4.2.5 CLASIFICACIÓN DE LOS CONTROLADORES ELECTRÓNICOS DIGITALES SEGÚN EL TIPO DE PROCESADOR………………………………………………………………………………………………………………………………….   249
Bibliografía…………………………………………………………………………………………………………….  252

Capítulo 5 DISEÑO DE CONTROLADORES LÓGICOS CON AUTÓMATAS PROGRAMABLES
5.1 INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………………………………………. 257
5.2 HERRAMIENTAS DE DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADOR DE LOS CONTROLADORES LÓGICOS BASADOS EN AUTÓMATAS PROGRAMABLES……………………………………………………………… 257
5.2.1 INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………………………………………………… 257
5.2.2 ADMINISTRACIÓN DE UN PROYECTO STEP7…………………………………………………………………………….  258
5.2.3 RECURSOS Y REQUISITOS NECESARIOS PARA DESARROLLAR UN PROGRAMA STEP7…………….  261
5.3 MÉTODOS CLÁSICOS DE DISEÑO DEL PROGRAMA DE  CONTROL…………………………………… 262
5.3.1 DISEÑO DE SISTEMAS COMBINACIONALES CON UN AUTÓMATA PROGRAMABLE …………………… 263
5.3.2 DISEÑO DE CONTROLADORES LÓGICOS SECUENCIALES IMPLEMENTADOS CON UN AUTÓMATA PROGRAMABLE………………………………………………………………………………………………………………………………….. 268
5.3.2.1 Método de diseño basado en la emulación de biestables RS……………………………………………………………. 268
5.3.2.2 Método del algoritmo compacto de emulación del diagrama de estados…………………………………………..  285
5.4 MÉTODOS DE DISEÑO DE CONTROLADORES LÓGICOS SECUENCIALES COMPLEJOS….. 289
5.4.1 MÉTODO DE DISEÑO BASADO EN LA PARTICIÓN DEL ALGORITMO EN FASES  …………………………. 291
5.4.2 MÉTODO DE DISEÑO BASADO EN EL DIAGRAMA FUNCIONAL DE SECUENCIAS……………………….  298
5.4.2.1 Introducción………………………………………………………………………………………………………………………………  298
5.4.2.2 Conceptos básicos del lenguaje S7-Graph……………………………………………………………………………………..  299
Etapas………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 299
Transiciones…………………………………………………………………………………………………………………………………………  300
Evolución…………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 300
5.4.2.2.1 Reglas de evolución del lenguaje S7-Graph………………………………………………………………………………..  301
Ramas alternativas……………………………………………………………………………………………………………………………….  301
Saltos………………………………………………………………………………………………………………………………………………….  301
Fin de cadena………………………………………………………………………………………………………………………………………. 302
Ramas simultáneas………………………………………………………………………………………………………………………………. 304
5.4.2.2.2 Operaciones permanentes……………………………………………………………………………………………………….  307
5.4.2.3 Conceptos avanzados de S7-Graph …………………………………………………………………………………………….. 307
5.4.2.3.1 Denominación de las etapas…………………………………………………………………………………………………….  307
5.4.2.3.2 Acciones asociadas a etapas…………………………………………………………………………………………………….  308
Acciones normalizadas (Standar)………………………………………………………………………………………………………….. 309
Acciones con enclavamiento (Interlock)………………………………………………………………………………………………..  309
5.4.2.3.3 Supervisión de la evolución entre etapas………………………………………………………………………………….  309
5.4.2.3.4 Eventos y acciones asociadas………………………………………………………………………………………………….. 310
5.4.2.3.5 Acciones para activar y desactivar otras etapas ………………………………………………………………………… 311
5.4.2.3.6 Transiciones condicionadas por etapas o por otras transiciones  ……………………………………………….. 312
5.4.2.3.7 Temporizadores, contadores y operaciones aritméticas en acciones……………………………………………. 313
5.4.2.4 Integración de cadenas secuenciales programadas en S7-Graph……………………………………………………  316
Juego de parámetros de los bloques funcionales de S7-Graph…………………………………………………………………  316
Modos de operación del controlador secuencial……………………………………………………………………………………..  317
5.4.2.5 Ejemplos de diseño de controladores lógicos con el lenguaje S7-Graph…………………………………………  318
5.4.2.6 Ejemplos típicos de automatización realizados con el lenguaje S7-Graph ……………………………………… 327
5.5 COMPARACIÓN DEL MÉTODO DE DISEÑO BASADO EN S7-GRAPH Y EL BASADO EN EL DIAGRAMA DE PARTICIÓN EN FASES ………………………………………………………………………………………. 337
5.6 COMPARACIÓN ENTRE EL LENGUAJE SFC Y EL S7-GRAPH ……………………………………………. 343
Bibliografía ……………………………………………………………………………………………………………………………………  349
Capítulo 6 CONTROL DE PROCESOS MEDIANTE AUTÓMATAS PROGRAMABLES
6.1 INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………………………………………………………………… 351
6.2 CONTROLADORES NO LINEALES INTERMITENTES…………………………………………………………. 353
6.2.1 CONCEPTOS GENERALES…………………………………………………………………………………………………………  353
6.2.2 CONTROLADOR TODO-NADA BÁSICO……………………………………………………………………………………… 353
6.2.3 CONTROLADOR TODO-NADA DE DOS POSICIONES ………………………………………………………………..  354
Controlador todo-nada con histéresis ………………………………………………………………………………………………….. 354
Controlador todo-nada con zona muerta ……………………………………………………………………………………………..  355
6.2.4 CONTROLADOR TODO-NADA MULTIPOSICIÓN ………………………………………………………………………. 356
6.2.5 CONTROLADOR INTERMITENTE PROPORCIONAL EN EL TIEMPO …………………………………………. 356
6.3 CONTROLADORES LINEALES CONTINUOS ……………………………………………………………………….. 357
6.3.1 INTRODUCCIÓN ………………………………………………………………………………………………………………………. 357
6.3.2 CONTROLADOR CONTINUO PROPORCIONAL …………………………………………………………………………  358
6.3.3 CONTROLADOR CONTINUO PROPORCIONAL, INTEGRAL, DERIVATIVO (PID) ……………………….. 360
6.3.3.1 Introducción …………………………………………………………………………………………………………………………… 360
6.3.3.2 Acción de control integral ………………………………………………………………………………………………………..  362
6.3.3.3 Acción de control derivativa …………………………………………………………………………………………………….. 365
6.3.3.4 Combinación de las acciones proporcional, integral y derivativa (PID) ………………………………………… 368
6.3.4 ELECCIÓN DEL ALGORITMO DE CONTROL …………………………………………………………………………….  369
Reglas relativas a la naturaleza de la variable que se controla ………………………………………………………………… 369
Reglas relativas al tipo de respuesta del proceso …………………………………………………………………………………… 370
6.3.5 AJUSTE EMPÍRICO DE LOS CONTROLADORES PID …………………………………………………………………. 370
6.3.5.1 Introducción……………………………………………………………………………………………………………………………. 370
6.3.5.2 Métodos empíricos de ajuste con identificación en bucle abierto………………………………………………….  372
6.3.5.2.1 Introducción…………………………………………………………………………………………………………………………  372
6.3.5.2.2 Método de ajuste de Ziegler-Nichols con identificación en bucle abierto…………………………………….. 374
6.3.5.2.3 Método de ajuste de Cohen y Coon………………………………………………………………………………………….  376
6.3.5.2.4 Método de ajuste de Chien, Hrones y Reswick …………………………………………………………………………  378
6.3.5.3 Métodos empíricos de ajuste con identificación en bucle cerrado …………………………………………………. 380
6.3.5.3.1 Método de ajuste por «Prueba y error» ……………………………………………………………………………………  380
6.3.5.3.2 Método de ajuste de Ziegler-Nichols en bucle cerrado ………………………………………………………………  381
6.3.5.3.3 Método de ajuste del relé de Åström y Hägglund ……………………………………………………………………..  382
6.3.5.4 Métodos de ajuste basados en modelos matemáticos …………………………………………………………………..  383
6.3.5.5 Métodos de ajuste basados en la minimización de índices de error ……………………………………………….. 383
6.3.6 IMPLEMENTACIÓN DEL CONTROL CONTINUO PID MEDIANTE UN AUTÓMATA PROGRAMABLE..385
6.3.6.1 Introducción …………………………………………………………………………………………………………………………….. 385
6.3.6.2 Bloques funcionales y lenguajes …………………………………………………………………………………………………  387
6.3.6.3 Lenguaje CFC de descripción de controladores de procesos continuos …………………………………………… 389
Bibliografía ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 402

PARTE 4 CONTROLADORES ELECTRÓNICOS Y GESTIÓN DE LOS PROCESOS PRODUCTIVOS

Capítulo 7 SENSORES Y SISTEMAS DE RADIOIDENTIFICACIÓN INDUSTRIALES
7.1 INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………………………………………………………………….. 407
7.2 CLASIFICACIÓN DE LOS SENSORES INDUSTRIALES……………………………………………….  408
7.2.1 INTRODUCCIÓN …………………………………………………………………………………………………………………………  408
7.2.2 CLASIFICACIÓN DE LOS SENSORES INDUSTRIALES SEGÚN EL PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL ELEMENTO SENSOR …………………………………………………………………………………………………………………………… 410
7.2.3 CLASIFICACIÓN DE LOS SENSORES SEGÚN EL TIPO DE SEÑAL ELÉCTRICA QUE GENERAN……… 410
7.2.3.1 Sensores analógicos ……………………………………………………………………………………………………………………. 411
7.2.3.2 Sensores digitales ………………………………………………………………………………………………………………………. 413
7.2.3.3 Sensores temporales …………………………………………………………………………………………………………………… 415
7.2.4 CLASIFICACIÓN DE LOS SENSORES SEGÚN EL RANGO DE VALORES ………………………………………… 418
7.2.4.1 Sensores de medida……………………………………………………………………………………………………………………..  418
7.2.4.2 Sensores todo-nada …………………………………………………………………………………………………………………….. 418
7.2.5 CLASIFICACIÓN DE LOS SENSORES INDUSTRIALES SEGÚN EL MODO DE OPERACIÓN…………………………………………………………………………………………………………………………………………..419
7.2.6 CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS SENSORES SEGÚN LA FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA…………. 419
7.2.7 CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS SENSORES SEGÚN EL NIVEL DE INTEGRACIÓN…………………… 420
Sensores discretos ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 420
Sensores integrados………………………………………………………………………………………………………………………………… 420
Sensores inteligentes……………………………………………………………………………………………………………………………….  420
7.2.8 CLASIFICACIÓN DE LOS SENSORES SEGÚN LA VARIABLE FÍSICA MEDIDA ………………………………… 423
7.3 CARACTERÍSTICAS DE ENTRADA DE LOS SENSORES  INDUSTRIALES………………………………  425
7.3.1 CAMPO O RANGO DE MEDIDA………………………………………………………………………………………………………. 425
7.3.2 FORMA DE VARIACIÓN DE LA MAGNITUD DE ENTRADA …………………………………………………………….. 425
Datos estáticos (Static data)……………………………………………………………………………………………………………………… 425
Datos dinámicos (Dynamic data)………………………………………………………………………………………………………………  426
Datos transitorios (Transient data) …………………………………………………………………………………………………………… 426
Datos aleatorios (Random data)………………………………………………………………………………………………………………..  426
7.4 CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS ………………………………………………………………………………………………. 427
7.4.1 CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DE SALIDA …………………………………………………………………………………. 427
7.4.1.1 Sensores de salida analógica …………………………………………………………………………………………………………..  427
7.4.1.2 Sensores de salida digital ………………………………………………………………………………………………………………  428
7.4.1.3 Sensores de salida todo-nada …………………………………………………………………………………………………………  429
Sensores todo-nada de salida del tipo relé …………………………………………………………………………………………………. 430
Sensores todo-nada de salida electrónica …………………………………………………………………………………………………… 430
Sensores todo-nada de salida electrónica de dos hilos …………………………………………………………………………………. 432
Sensores todo-nada de salida electrónica de tres hilos …………………………………………………………………………………. 434
Sensores todo-nada de salida electrónica de cuatro hilos ……………………………………………………………………………… 436
7.4.1.4 Sensores de salida temporal ……………………………………………………………………………………………………………. 438
7.4.2 CARACTERÍSTICAS DE ALIMENTACIÓN …………………………………………………………………………………………. 438
7.4.3 CARACTERÍSTICAS DE AISLAMIENTO ……………………………………………………………………………………………. 439
7.5 CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS …………………………………………………………………………………………………. 439
7.5.1 CONCEPTOS GENERALES ………………………………………………………………………………………………………………… 439
7.5.2 GRADO DE PROTECCIÓN AMBIENTAL DE LOS SENSORES INDUSTRIALES …………………………………….. 440
7.6 CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO ……………………………………………………………………………….. 441
7.6.1 INTRODUCCIÓN ………………………………………………………………………………………………………………………………. 441
7.6.2 CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS ……………………………………………………………………………………………………….. 442
7.6.2.1 Exactitud ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 442
7.6.2.2 Precisión, repetibilidad y reproducibilidad ……………………………………………………………………………………….. 443
7.6.2.3 Calibración ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 443
7.6.2.4 Histéresis ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 443
7.6.2.5 Linealidad ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 445
7.6.2.6 Mínimo valor medible …………………………………………………………………………………………………………………….. 446
7.6.2.7 Resolución ……………………………………………………………………………………………………………………………………..  446
7.6.2.8 Sensibilidad ……………………………………………………………………………………………………………………………………  446
7.6.3 CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS ………………………………………………………………………………………………………  447
7.6.3.1 Introducción …………………………………………………………………………………………………………………………………… 447
7.6.3.2 Respuesta en frecuencia ………………………………………………………………………………………………………………….. 447
7.6.3.3 Tiempo de respuesta ……………………………………………………………………………………………………………………….. 447
7.6.3.4 Tiempo de subida y de bajada ………………………………………………………………………………………………………….  448
7.6.3.5 Constante de tiempo ……………………………………………………………………………………………………………………….  448
7.6.3.6 Amortiguación o sobreoscilación (ΔV) ………………………………………………………………………………………………. 448
7.6.4 CARACTERÍSTICAS AMBIENTALES ………………………………………………………………………………………………….  449
7.6.4.1 Efectos térmicos ………………………………………………………………………………………………………………………………  449
7.6.4.2 Efectos de la aceleración y las vibraciones ………………………………………………………………………………………….  450
7.6.4.3 Efectos de la presión ambiental …………………………………………………………………………………………………………  450
7.6.4.4 Efectos de las perturbaciones eléctricas ……………………………………………………………………………………………..  451
7.6.4.5 Otros efectos ……………………………………………………………………………………………………………………………………  451
7.6.5 CARACTERÍSTICAS DE FIABILIDAD ………………………………………………………………………………………………….  452
7.7 SENSORES INDUSTRIALES DE APLICACIÓN GENERAL EN PROCESOS DE FABRICACIÓN Y EN PROCESOS CONTINUOS ………………………………………………………………………………………………………………………. 453
7.7.1 INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………………………………………………………………………. 453
7.7.2 SENSORES DETECTORES DE OBJETOS …………………………………………………………………………………….  453
7.7.2.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 453
7.7.2.2 Sensores de proximidad con contacto ……………………………………………………………………………………………….. 455
7.7.2.2.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………………………………………… 455
7.7.2.2.2 Finales de carrera …………………………………………………………………………………………………………………………. 456
Introducción ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 456
Elementos de un final de carrera …………………………………………………………………………………………………………………  457
Modo de operación ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 460
Contactos eléctricos …………………………………………………………………………………………………………………………………… 461
Características técnicas de los contactos ………………………………………………………………………………………………………. 462
Criterios de selección de los finales de carrera ………………………………………………………………………………………………. 465
7.7.2.2.3 Microrruptores …………………………………………………………………………………………………………………………….. 468
7.7.2.3 Sensores de proximidad sin contacto ………………………………………………………………………………………………… 469
7.7.2.3.1 Conceptos generales ……………………………………………………………………………………………………………………..  469
7.7.2.3.2 Símbolos normalizados …………………………………………………………………………………………………………………  470
Símbolos de los sensores de proximidad de dos hilos …………………………………………………………………………………….  472
Símbolos de los sensores de proximidad de tres hilos ……………………………………………………………………………………  473
Símbolos de los sensores de proximidad de cuatro hilos ……………………………………………………………………………….. 475
7.7.2.3.3 Sensores de proximidad optoelectrónicos ………………………………………………………………………………………. 475
Introducción …………………………………………………………………………………………………………………………………………….  475
Características constructivas de las fotocélulas ……………………………………………………………………………………………. 478
Características técnicas de las fotocélulas …………………………………………………………………………………………………… 480
Sensores de proximidad optoelectrónicos de barrera de luz ………………………………………………………………………….. 484
Sensores de proximidad optoelectrónicos de reflexión sobre espejo ………………………………………………………………..488
Sensores de proximidad optoelectrónicos de reflexión sobre objeto ……………………………………………………………….. 494
Sensores de marcas …………………………………………………………………………………………………………………………………… 499
Fotocélulas de fibra óptica …………………………………………………………………………………………………………………………. 499
7.7.2.3.4 Sensores de proximidad electromagnéticos …………………………………………………………………………………….. 503
Sensores de láminas de contacto …………………………………………………………………………………………………………………. 503
Sensores de efecto Hall ………………………………………………………………………………………………………………………………. 503
7.7.2.3.5 Sensores de proximidad inductivos ………………………………………………………………………………………………… 505
Conceptos generales …………………………………………………………………………………………………………………………………… 505
Tipos de sensores de proximidad inductivos ………………………………………………………………………………………………… 507
Campo de trabajo ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 509
Características técnicas ………………………………………………………………………………………………………………………………  512
Normas de instalación ……………………………………………………………………………………………………………………………….. 517
7.7.2.3.6 Sensores de proximidad capacitivos ………………………………………………………………………………………………. 518
7.7.2.3.6.1 Conceptos generales ………………………………………………………………………………………………………………….. 518
7.7.2.3.6.2 Tipos de sensores de proximidad capacitivos ………………………………………………………………………………. 521
7.7.2.3.6.3 Campo de trabajo ……………………………………………………………………………………………………………………… 522
7.7.2.3.6.4 Características técnicas ……………………………………………………………………………………………………………… 526
7.7.2.3.6.5 Normas de instalación ……………………………………………………………………………………………………………….. 527
7.7.2.3.7 Sensores de proximidad ultrasónicos …………………………………………………………………………………………….. 528
7.7.2.3.7.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………………………………………..  528
7.7.2.3.7.2 Características de los ultrasonidos ………………………………………………………………………………………………. 529
7.7.2.3.7.3 Sensores ultrasónicos de barrera ………………………………………………………………………………………………… 538
7.7.2.3.7.4 Sensores ultrasónicos detectores de eco ………………………………………………………………………………………. 539
Influencia del objeto …………………………………………………………………………………………………………………………………. 541
Influencia de la temperatura ………………………………………………………………………………………………………………………545
Influencia de las condiciones ambientales ………………………………………………………………………………………………….. 546
Característica técnicas ……………………………………………………………………………………………………………………………… 547
Normas de instalación …………………………………………………………………………………………………………………………….. 548
7.7.3 SENSORES DE MEDIDA DE DISTANCIA ………………………………………………………………………………………… 551
7.7.3.1 Sensores de medida de distancias magnéticos …………………………………………………………………………………. 551
7.7.3.1.1 Sensores de medida de distancia de inductancia variable ………………………………………………………………. 552
7.7.3.1.2 Sensores de medida de distancia de transformador diferencial ……………………………………………………… 555
7.7.3.1.3 Sensores de medida de distancia de efecto Hall …………………………………………………………………………… 556
7.7.3.2 Sensores de medida de distancia optoelectrónicos …………………………………………………………………………. 557
7.7.3.3 Sensores de medida distancia ultrasónicos …………………………………………………………………………………… 560
7.7.4 SENSORES DE MEDIDA DE DESPLAZAMIENTO ………………………………………………………………………….. 560
7.7.4.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………………………………………. 560
7.7.4.2 Codificadores optoelectrónicos rotativos ………………………………………………………………………………………. 560
7.7.4.2.1 Codificadores optopeléctrónicos rotativos absolutos …………………………………………………………………… 560
7.7.4.2.2 Codificadores optoeléctrónicos rotativos incrementales ……………………………………………………………… 561
7.7.5 SENSORES DE NIVEL …………………………………………………………………………………………………………………  562
7.7.6 SENSORES DE MEDIDA DE FUERZA Y PRESIÓN ……………………………………………………………………….. 563
7.7.6.1 Introducción …………………………………………………………………………………………………………………………….. 563
7.7.6.2 Sensores de medida de fuerza y presión resistivos ……………………………………………………………………….. 565
7.7.6.3 Sensores de medida de fuerza y presión piezoeléctricos ……………………………………………………………….. 566
7.7.7 SENSORES DE MEDIDA DE ACELERACIÓN Y VIBRACIONES …………………………………………………….. 566
7.7.8 SENSORES DE CAUDAL ……………………………………………………………………………………………………………. 567
7.7.9 SENSORES DE MEDIDA DE TEMPERATURA …………………………………………………………………………….. 569
7.7.9.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………………………………………. 569
7.7.9.2 Sensores termorresistivos ………………………………………………………………………………………………………… 569
7.7.9.2.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………………………………… 569
7.7.9.2.2 Sensores bimetálicos todo nada …………………………………………………………………………………………….. 570
7.7.9.2.3 Sensores termorresistivos metálicos ………………………………………………………………………………………. 570
7.7.9.2.4 Sensores termorresistivos de óxidos metálicos ………………………………………………………………………… 571
7.7.9.3 Sensores de temperatura basados en la unión P-N ……………………………………………………………………… 573
7.7.9.4 Sensores de temperatura termoeléctricos ………………………………………………………………………………….. 573
7.7.9.5 Sensores de temperatura piroeléctricos …………………………………………………………………………………….. 574
7.8 SISTEMAS DE AUTOIDENTIFICACIÓN ……………………………………………………………………………….. 575
Bibliografía ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 576

Capítulo 8 ACTUADORES
8.1 FUNDAMENTOS Y DEFINICIÓN …………………………………………………………………………………………..  581
8.2 CIRCUITO DE CONTROL ……………………………………………………………………………………………………….. 583
8.2.1 COMPONENTES ELÉCTRICOS ………………………………………………………………………………………………….  583
8.2.1.1 Relés electromagnéticos …………………………………………………………………………………………………………… 583
8.2.1.2 Contactores ……………………………………………………………………………………………………………………………  585
8.2.2 COMPONENTES ELECTRÓNICOS ……………………………………………………………………………………………. 586
8.2.2.1 Componentes electrónicos pasivos …………………………………………………………………………………………… 586
8.2.2.2 Dispositivos electrónicos ………………………………………………………………………………………………………… 587
8.2.2.2.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………………………………….. 587
8.2.2.2.2 Dispositivos electrónicos pasivos ………………………………………………………………………………………….. 589
Introducción …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 589
Diodo semiconductor de potencia ………………………………………………………………………………………………………. 590
Diodo luminiscente …………………………………………………………………………………………………………………………… 592
8.2.2.2.3 Dispositivos electrónicos de potencia activos sin memoria ………………………………………………………. 592
Introducción …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 592
Transistor bipolar ……………………………………………………………………………………………………………………………… 593
Transistor de efecto de campo MOSFET ……………………………………………………………………………………………… 596
Transistor bipolar de puerta aislada ……………………………………………………………………………………………………. 596
8.2.2.2.4 Dispositivos electrónicos de potencia activos con memoria ……………………………………………………… 598
Rectificador controlado de silicio ……………………………………………………………………………………………………….. 598
Tiristor con control de apertura …………………………………………………………………………………………………………. 600
Tiristor bidireccional (Triac) ……………………………………………………………………………………………………………… 600
8.2.2.2.5 Relé de estado sólido …………………………………………………………………………………………………………… 602
8.3 CONVERTIDORES DE ENERGÍA ………………………………………………………………………………………….. 603
8.3.1 INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………………………………………………………………..  603
8.3.2 CONVERTIDORES ELECTRÓNICOS ESTÁTICOS ……………………………………………………………………… 603
8.3.3 CONVERTIDORES ELÉCTRICOS ……………………………………………………………………………………………… 606
8.3.3.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………………………………….. 606
8.3.3.2 Solenoides …………………………………………………………………………………………………………………………….. 607
8.3.3.3 Máquinas eléctricas ……………………………………………………………………………………………………………….. 608
8.3.3.4 Motores eléctricos ………………………………………………………………………………………………………………….. 611
8.3.3.4.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………………………………….. 611
8.3.3.4.2 Motores de corriente continua ……………………………………………………………………………………………… 612
8.3.3.4.3 Motores de corriente alterna ………………………………………………………………………………………………… 615
8.3.4 CONVERTIDORES DE ENERGÍA MECÁNICOS …………………………………………………………………………. 619
8.3.5 CONVERTIDORES DE ENERGÍA NEUMÁTICOS ……………………………………………………………………….. 621
8.3.6 CONVERTIDORES DE ENERGÍA HIDRÁULICOS  ……………………………………………………………………… 621
Bibliografía ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 623

Capítulo 9 INTERFACES DE ENTRADA Y SALIDA
9.1 INTRODUCCIÓN Y CLASIFICACIÓN …………………………………………………………………………………..  625
9.2 INTERFAZ DE CONEXIÓN CON EL PROCESO …………………………………………………………………… 626
9.2.1 INTRODUCCIÓN …………………………………………………………………………………………………………………….. 626
9.2.2 INTERFACES DE APLICACIÓN GENERAL DE CONEXIÓN CON EL PROCESO …………………………. 628
9.2.2.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………………………………… 628
9.2.2.1.1 Interfaces de variables todo-nada ………………………………………………………………………………………… 628
9.2.2.1.2 Interfaces de sensores de salida analógica ……………………………………………………………………………. 630
9.2.2.2 Interfaz de sensores todo-nada sin aislamiento galvánico ………………………………………………………… 632
9.2.2.3 Interfaz de sensores todo-nada con aislamiento galvánico ……………………………………………………….  632
9.2.2.3.1 Introducción …………………………………………………………………………………………………………………….. 632
9.2.2.3.2 Interfaces de sensores todo-nada con aislamiento galvánico y alimentación en continua…………. 632
Sensores todo-nada con salida del tipo contacto ……………………………………………………………………………….. 632
Sensores todo-nada de dos hilos ……………………………………………………………………………………………………… 636
Sensores todo-nada de tres hilos ……………………………………………………………………………………………………… 638
9.2.2.3.3 Interfaz de sensores todo-nada con aislamiento galvánico y alimentación en alterna………………. 638
9.2.2.4 Interfaces de variables de salida todo-nada con alimentación en continua ……………………………….. 640
9.2.2.4.1 Clasificación y descripción ………………………………………………………………………………………………… 640
Interfaces de variables de salida todo-nada con relé …………………………………………………………………………. 641
Interfaces de variables de salida todo-nada con transistor NPN ………………………………………………………… 643
Interfaces de variables de salida todo-nada con transistor PNP ………………………………………………………… 644
Interfaces de variables de salida todo-nada con tiristor o triac …………………………………………………………. 644
9.2.2.4.2 Protección de las salidas todo-nada …………………………………………………………………………………. 645
Introducción ………………………………………………………………………………………………………………………………. 645
Salida con carga inductiva ……………………………………………………………………………………………………………. 645
Salida con carga resistiva del tipo lámpara de incandescencia …………………………………………………………. 647
Salida con carga resistiva del tipo diodo luminiscente …………………………………………………………………….. 647
9.2.2.5 Interfaces de sensores analógicos ………………………………………………………………………………………. 649
Interfaces de sensores analógicos por corriente ……………………………………………………………………………… 649
Interfaces de sensores analógicos mediante informaciones digitales ………………………………………………… 651
9.2.2.6 Interfaces de variables analógicas de salida ………………………………………………………………………… 651
Interfaz de variables analógicas de salida por tensión …………………………………………………………………….. 652
Interfaz de variables analógicas de salida por corriente …………………………………………………………………… 654
9.2.3 INTERFACES DE APLICACIÓN ESPECÍFICA DE CONEXIÓN CON EL PROCESO………………….. 655
9.2.3.1 Unidades de entrada de medida de temperatura ………………………………………………………………….. 655
9.2.3.2 Unidades de entrada de contaje …………………………………………………………………………………………. 657
9.2.3.3 Unidades de entrada/salida remotas ………………………………………………………………………………….. 658
9.2.3.4 Unidades de posicionamiento ……………………………………………………………………………………………. 660
Módulos de control en bucle cerrado …………………………………………………………………………………………….. 660
Módulos de control en bucle abierto ……………………………………………………………………………………………… 660
9.2.3.5 Unidades de regulación ……………………………………………………………………………………………………… 661
9.3 INTERFACES DE CONEXIÓN CONTROLADOR-USUARIO …………………………………………… 664
9.3.1 UNIDADES DE PROGRAMACIÓN ……………………………………………………………………………………….. 665
9.3.2 EQUIPOS DE INTERFAZ USUARIO-MÁQUINA …………………………………………………………………… 665
9.3.2.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………………………………. 665
9.3.2.2 Características de los equipos de visualización y actuación  …………………………………………………. 667
9.3.3 SISTEMAS DE SUPERVISIÓN Y ADQUISICIÓN DE DATOS (SCADA) …………………………………… 670
9.3.3.1 Conceptos generales …………………………………………………………………………………………………………. 670
9.3.3.2 Técnicas de gestión OLE y OPC …………………………………………………………………………………………  672
9.3.3.3 Técnica de gestión OPC-UA ……………………………………………………………………………………………… 673
Bibliografía ……………………………………………………………………………………………………………………………. 674

Capítulo 10 AUTOMATIZACIÓN DE LOS PRODUCTOS Y LOS PROCESOS PRODUCTIVOS Y DE LA GESTIÓN DE LA TECNOLOGÍA
10.1 INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………………………………………………………. 677
10.2 AUTOMATIZACIÓN DEL DISEÑO Y LA FABRICACIÓN DE LOS PRODUCTOS…….. 679 
10.2.1 DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADOR …………………………………………………………………………. 680
10.2.2 INGENIERÍA ASISTIDA POR COMPUTADOR …………………………………………………………………. 682
10.2.3 FABRICACIÓN ASISTIDA POR COMPUTADOR ………………………………………………………………. 682
10.2.3.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………………………….. 682
10.2.3.2 Clases de automatización de los procesos y sus características …………………………………………. 683
10.2.3.2.1 Introducción …………………………………………………………………………………………………………….. 683
10.2.3.2.2 Automatización fija …………………………………………………………………………………………………… 684
10.2.3.2.3 Automatización programable …………………………………………………………………………………….. 685
10.2.3.2.4 Automatización flexible …………………………………………………………………………………………….. 686
10.2.3.2.5 Automatización integrada …………………………………………………………………………………………. 686
10.2.3.3 Planificación de los productos a fabricar ……………………………………………………………………….. 686
10.2.3.4 Controladores electrónicos digitales ……………………………………………………………………………… 688
10.2.3.4.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………………………. 688
10.2.3.4.2 Autómatas Programables y controladores digitales Programables ………………………………… 688
10.2.3.4.3 Computadores industriales ……………………………………………………………………………………….  690
10.2.3.4.3.1 Introducción …………………………………………………………………………………………………………. 690
10.2.3.4.3.2 Computador industrial y autómata programable ……………………………………………………… 691
10.2.3.4.3.3 Computador industrial y sistema operativo en tiempo real ……………………………………….. 694
10.2.3.4.3.4 Computador industrial y programa (Software) de emulación de un autómata programable..697
10.2.3.4.3.5 Computador empotrado ………………………………………………………………………………………..  697
10.2.3.4.3.6 Procesadores digitales integrados ………………………………………………………………………….  698
10.2.3.4.3.7 Controladores electrónicos de procesos continuos ………………………………………………….  699
10.2.3.4.3.8 Sistemas CAD/CAM ……………………………………………………………………………………………. 702
10.2.3.4.4 Sistemas de control numérico …………………………………………………………………………………. 702
10.2.3.4.4.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………………  702
10.2.3.4.4.2 Sistemas de control numérico en bucle cerrado …………………………………………………….  703
10.2.3.4.4.3 Sistemas de control numérico en bucle abierto ……………………………………………………..  708
10.2.3.5 Sistemas de manipulación de elementos ……………………………………………………………………  712
10.2.3.5.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………………… 712
10.2.3.5.2 Conceptos básicos de un robot y su clasificación ……………………………………………………… 712
10.2.3.6 Sistemas de fabricación flexible ……………………………………………………………………………….. 718
10.2.3.6.1 Módulo de fabricación flexible ………………………………………………………………………………. 719
10.2.3.6.2 Celda de fabricación flexible …………………………………………………………………………………. 719
10.2.3.6.3 Línea de fabricación flexible …………………………………………………………………………………. 722
10.2.3.6.4 Taller flexible ……………………………………………………………………………………………………… 722
10.2.4 FABRICACIÓN INTEGRADA POR COMPUTADOR. PIRÁMIDE CIM ………………………….. 724
10.2.4.1 Introducción …………………………………………………………………………………………………………  724
10.2.4.2 Implantación del modelo CIM ……………………………………………………………………………….. 726
10.3 AUTOMATIZACIÓN DE LA GESTIÓN DE LA TECNOLOGÍA ……………………………………….. 728
10.3.1 INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………………………………………………. 728
10.3.2 SISTEMAS DE INFORMACIÓN ………………………………………………………………………………. 728
10.3.2.1 Definición y evolución ………………………………………………………………………………………….. 728
10.3.2.1.1 Era del computador central ………………………………………………………………………………… 729
10.3.2.1.2 Era de los minicomputadores …………………………………………………………………………….. 731
10.3.2.1.3 Era del computador personal …………………………………………………………………………….  732
10.3.2.1.4 Era cliente/servidor ………………………………………………………………………………………….. 734
10.3.2.1.5 Era de la computación en la nube y la movilidad …………………………………………………. 735
10.3.2.2 Sistema de gestión documental ……………………………………………………………………………. 736
10.3.2.3 Sistema de gestión del ciclo de vida de un producto ……………………………………………….. 739
10.3.2.4 Sistema de gestión de los datos de un producto …………………………………………………….. 740
10.3.2.5 Sistema de planificación de las necesidades de materiales ………………………………………. 741
10.3.2.6 Sistema de ejecución de la fabricación …………………………………………………………………… 741
10.3.2.7 Sistema de planificación de los recursos de la empresa …………………………………………..  745
10.3.2.8 Seguridad de los sistemas de información …………………………………………………………….. 746
10.3.2.8.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………………. 746
10.3.2.8.2 Normas relativas a la seguridad ante sabotajes …………………………………………………… 748
10.3.2.8.3 Legislación ……………………………………………………………………………………………………… 750
10.3.2.8.4 Metodología de tratamiento de los incidentes de seguridad ………………………………….. 751
10.3.2.8.5 Análisis forense ……………………………………………………………………………………………….. 755
Bibliografía …………………………………………………………………………………………………………………. 756

PARTE 5 COMUNICACIONES INDUSTRIALES

Capítulo 11 COMUNICACIONES INDUSTRIALES
11.1 INTRODUCCIÓN …………………………………………………………………………………………………. 769
11.2 COMUNICACIONES INDUSTRIALES PUNTO A PUNTO …………………………………. 771
11.2.1 INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………………………………………………. 771
11.2.2 ENLACES PUNTO A PUNTO DE SENSORES Y ACTUADORES …………………………………. 772
11.3 REDES DE COMUNICACIONES INDUSTRIALES ………………………………………………………. 777
11.3.1 INTRODUCCIÓN …………………………………………………………………………………………………… 777
11.3.2 CLASIFICACIÓN DE LAS REDES DE COMUNICACIONES INDUSTRIALES …………….. 778
11.3.3 REDES DE DATOS ………………………………………………………………………………………………… 780
11.3.3.1 Redes de empresa y de fábrica ………………………………………………………………………………. 780
11.3.3.2 Redes de célula ……………………………………………………………………………………………………. 781
11.3.4 REDES DE CONTROL ……………………………………………………………………………………………. 783
11.3.4.1 Conceptos generales ………………………………………………………………………………………………783
11.3.4.2 Redes de controladores …………………………………………………………………………………………786
11.3.4.3 Redes de sensores-actuadores ………………………………………………………………………………..786
Conceptos generales ……………………………………………………………………………………………………….. 786
Redes de sensores-actuadores de capacidad funcional limitada …………………………………………… 787
Redes de sensores-actuadores de capacidad funcional elevada ……………………………………………. 787
11.3.5 FAMILIAS DE REDES INDUSTRIALES ………………………………………………………………….. 787
11.3.6 REDES ETHERNET INDUSTRIAL …………………………………………………………………………. 788
11.3.6.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………………….. 788
11.3.6.2 Tipos de redes Ethernet Industrial ……………………………………………………………………….. 788
11.4 EL AUTÓMATA PROGRAMABLE Y LAS COMUNICACIONES INDUSTRIALES …………… 790
11.4.1 INTRODUCCIÓN …………………………………………………………………………………………………… 790
11.4.2 COMUNICACIÓN ENTRE EL AUTÓMATA PROGRAMABLE Y LOS DISPOSITIVOS DE CAMPO ……………………………………………………………………………………………………………………………………….  792
11.4.3 COMUNICACIÓN ENTRE AUTÓMATAS PROGRAMABLES Y OTROS CONTROLADORES ELECTRÓNICOS ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 794
11.4.4 DISEÑO E IMPLANTACIÓN DE SISTEMAS DE CONTROL DISTRIBUIDO, BASADOS EN AUTÓMATAS PROGRAMABLES …………………………………………………………………………………………………………… 796
11.4.4.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………………….. 796
11.4.4.2 Metodología de diseño de sistemas de control distribuido ………………………………………. 796
Elección de los controladores electrónicos …………………………………………………………………………. 796
Elección de las redes de comunicaciones …………………………………………………………………………… 796
Configuración del sistema ………………………………………………………………………………………………… 797
Bibliografía ………………………………………………………………………………………………………………… 800
Capítulo 12 RED AS-i DE SENSORES-ACTUADORES
12.1 INTRODUCCIÓN …………………………………………………………………………………………………. 803
12.2 CARACTERÍSTICAS GENERALES …………………………………………………………………….. 805
12.3 CAPA FÍSICA DE LA RED AS-i …………………………………………………………………………..  806
12.3.1 CABLE DE CONEXIÓN AS-i …………………………………………………………………………………..  806
12.3.2 MÉTODO DE CONEXIÓN AS-i ………………………………………………………………………………  807
12.3.3 PROCESO DE MODULACIÓN DE LA SEÑAL …………………………………………………………. 807
12.4 CAPA DE ENLACE DE LA RED AS-i ………………………………………………………………….. 809
12.4.1 CONTROL DE ACCESO AL MEDIO ………………………………………………………………… 809
12.4.2 CONTROL LÓGICO …………………………………………………………………………………………. 809
12.4.2.1 Identificación de los subordinados  ……………………………………………………………………… 810
12.4.2.2 Parametrización de los subordinados …………………………………………………………………… 811
12.4.2.3 Funcionamiento del procesador principal de comunicaciones ………………………………… 811
12.4.2.3.1 Operaciones básicas …………………………………………………………………………………………. 811
12.4.2.3.2 Modos de funcionamiento ………………………………………………………………………………… 812
12.4.2.3.3 Etapas de funcionamiento ………………………………………………………………………………… 813
12.4.2.4 Formato de los mensajes …………………………………………………………………………………….. 814
12.4.2.5 Órdenes del protocolo de enlace de la red AS-i ……………………………………………………… 816
Orden de intercambio de datos ………………………………………………………………………………………… 816
Orden de escritura de los parámetros ……………………………………………………………………………….. 816
Orden de asignación de dirección ……………………………………………………………………………………..  816
Orden de inicialización …………………………………………………………………………………………………….. 817
Orden de supresión de dirección ………………………………………………………………………………………. 817
Orden de lectura de la configuración de E/S ……………………………………………………………………… 817
Orden de lectura del código de identificación ……………………………………………………………………. 818
Orden de lectura del estado ……………………………………………………………………………………………… 818
Orden de lectura y puesta a cero de los bits de estado …………………………………………………………. 818
12.5 CAPA DE APLICACIÓN DE LA RED AS-i …………………………………………………………… 818
TABLAS DE DATOS DE USUARIO …………………………………………………………………………………… 819
TABLAS DE DATOS DE CONFIGURACIÓN …………………………………………………………………….. 820
TABLAS DE DATOS DE CONFIGURACIÓN PERMANENTE ……………………………………………… 820
TABLAS DE INDICADORRES DE ESTADO AS-i ………………………………………………………………. 820
12.6 COMPONENTES DE UNA RED AS-i…..……………………………………………………………….821
12.6.1 FUENTE DE ALIMENTACIÓN AS-i…………………………………………………………………………. 821
12.6.2 MÓDULOS DE CONEXIÓN ………………………………………………………………………………….. 822
12.6.3 MÓDULOS DE USUARIO ……………………………………………………………………………………… 822
12.6.4 SENSORES/ACTUADORES CON CIRCUITO INTEGRADO AS-i ………………………………. 824
12.6.5 MÓDULO PRINCIPAL …………………………………………………………………………………………… 825
12.6.6 MÓDULOS PASARELA AS-i ………………………………………………………………………………….. 825
12.6.7 CONEXIÓN DE SENSORES SEGUROS ANTE AVERÍAS …………………………………………. 826
Bibliografía ………………………………………………………………………………………………………………… 826

Capítulo 13 FAMILIA DE REDES DE CAMPO PROFIBUS
13.1 INTRODUCCIÓN ………………………………………………………………………………………………..  827
13.2 CARACTERÍSTICAS GENERALES ……………………………………………………………………. 827
13.3 RED PROFIBUS-DP …………………………………………………………………………………………….. 831
13.3.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES ………………………………………………………………………….. 831
13.3.2 CAPA FÍSICA DE LA RED PROFIBUS-DP ………………………………………………………………. 832
13.3.2.1 Medio de transmisión ………………………………………………………………………………………….. 832
Transmisión mediante señales eléctricas (norma EIA RS-485) ……………………………………………. 833
Transmisión mediante señales ópticas ……………………………………………………………………………… 834
13.3.2.2 Método de codificación de las señales ………………………………………………………………….. 835
13.3.2.3 Capa de enlace de PROFIBUS-DP ………………………………………………………………………… 835
13.3.2.4 Control de acceso al medio ………………………………………………………………………………….. 835
13.3.2.5 Control lógico …………………………………………………………………………………………………….. 839
13.3.2.5.1 Formato de los mensajes …………………………………………………………………………………… 839
13.3.2.5.2 Servicios de transferencia de datos ……………………………………………………………………. 840
13.3.2.5.3 Funcionamiento de los procesadores de comunicaciones …………………………………….. 842
13.3.2.5.4 Tratamiento de los errores de transmisión …………………………………………………………. 844
13.3.3 CAPA DE APLICACIÓN DE LA RED PROFIBUS-DP ……………………………………………….. 844
Funciones de diagnóstico ………………………………………………………………………………………………… 845
Descripción y configuración de una red PROFIBUS-DP ……………………………………………………… 845
13.4 RED PROFIBUS-PA ……………………………………………………………………………………………. 849
13.5 PRINCIPALES ELEMENTOS DE UNA RED PROFIBUS ………………………………….. 851
13.5.1 UNIDADES DE ENTRADA-SALIDA REMOTA …………………………………………………………. 851
13.5.2 SENSORES/ACTUADORES CON RECURSOS DE COMUNICACIÓN PROFIBUS INTEGRADOS ……………………………………………………………………………………………………………….. 853
13.5.3 MÓDULOS PRINCIPALES PROFIBUS …………………………………………………………………… 853
13.5.4 MÓDULOS PASARELA PROFIBUS ………………………………………………………………………… 855
13.5.5 REPETIDORES Y MÓDULOS DE ENLACE PROFIBUS ……………………………………………. 856
13.6 COMPARACIÓN DE LAS REDES PROFIBUS Y AS-i  …………………………………………856
Bibliografía ………………………………………………………………………………………………………………… 856

Capítulo 14 RED INDUSTRIAL UNIVERSAL PROFINET
14.1 INTRODUCCIÓN ………………………………………………………………………………………………… 859
14.2 TOPOLOGÍA DE PROFINET ……………………………………………………………………………… 863
14.2.2 REDES EHERNET INDUSTRIAL DE TOPOLOGÍA ÁRBOL ……………………………………… 865
14.2.3 REDES EHERNET INDUSTRIAL DE TOPOLOGÍA LINEAL …………………………………….. 865
14.3 SISTEMAS COMPONENTES DE PROFINET …………………………………………………….. 866
14.3.1 INTRODUCCIÓN …………………………………………………………………………………………………. 866
14.3.2 PROFINET IO ……………………………………………………………………………………………………… 866
14.3.3 PROFINET CBA …………………………………………………………………………………………………… 869
14.4 COMPATIBILIDAD ENTRE PROFINET Y PROFIBUS ……………………………………………….. 871
Bibliografía …………………………………………………………………………………………………………………. 871

PARTE 6 GARANTÍA DE FUNCIONAMIENTO DE LAS MÁQUINAS Y LOS
CONTROLADORES 
ELECTRÓNICOS

Capítulo 15 CONFIABILIDAD. CONCEPTOS BÁSICOS
15.1 INTRODUCCIÓN …………………………………………………………………………………………………  875
15.2 CONCEPTOS RELACIONADOS CON EL FUNCIONAMIENTO DE UN SISTEMA …………………………………………………………………………………………………………………….. 875
15.2.1 INTRODUCCIÓN …………………………………………………………………………………………………… 875
Sistemas de automatización y autómatas programables
15.2.2 CONCEPTOS BÁSICOS RELATIVOS A LA CONFIABILIDAD …………………………………..  876
15.2.2.1 Imperfecciones de un sistema y sus consecuencias …………………………………………………. 876
15.2.2.2 Atributos de un sistema en relación con la confiabilidad …………………………………………  877
15.2.2.2.1 Fiabilidad ………………………………………………………………………………………………………..  877
15.2.2.2.2 Mantenibilidad ………………………………………………………………………………………………… 879
15.2.2.2.3 Disponibilidad  …………………………………………………………………………………………………880
15.2.2.2.4 Seguridad ………………………………………………………………………………………………………… 881
Seguridad ante averías …………………………………………………………………………………………………….. 881
Seguridad ante sabotajes ………………………………………………………………………………………………… 883
15.2.2.2.5 Nivel de comportamiento…………………………………………………………………………………. 884
15.2.2.2.6 Predecibilidad…………………………………………………………………………………………………  884
15.2.2.2.7 Verificabilidad…………………………………………………………………………………………………. 884
15.2.3 CONCEPTOS RELATIVOS A LA IMPLEMENTACIÓN DE LOS SISTEMAS DE ELEVADA CONFIABILIDAD……………………………………………………………………………………………………………  885
15.2.3.1 Métodos de realización de sistemas para proporcionar confiabilidad elevada …………..  885
15.2.3.1.1 Prevención de fallos …………………………………………………………………………………………. 885
15.2.3.1.2 Enmascaramiento de fallos  ………………………………………………………………………………. 885
15.2.3.1.3 Control de fallos ……………………………………………………………………………………………….  886
15.2.3.2 Métodos para comprobar y reparar los sistemas de confiabilidad elevada ………………… 886
15.2.4 CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONFIABILIDAD ELEVADA ……………………. 886
15.2.4.1 Sistemas de aplicación general de prestaciones elevadas ………………………………………… 887
15.2.4.2 Sistemas utilizados en aplicaciones peligrosas ………………………………………………………. 888
15.2.4.3 Sistemas de disponibilidad elevada ………………………………………………………………………. 888
15.2.4.4 Sistemas de fiabilidad elevada ……………………………………………………………………………… 888
15.3 VERIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS …………………………………………………………………  889
15.3.1 INTRODUCCIÓN ………………………………………………………………………………………………….. 889
15.3.2 VERIFICACIÓN ESTÁTICA …………………………………………………………………………………… 890
15.3.3 VERIFICACIÓN DINÁMICA ………………………………………………………………………………….. 890
15.3.4 VERIFICACIÓN EXTERNA …………………………………………………………………………………… 890
15.3.5 AUTOVERIFICACIÓN …………………………………………………………………………………………… 891
15.4 TOLERANCIA A FALLOS DE LOS SISTEMAS ………………………………………………….. 891
15.4.1 INTRODUCCIÓN …………………………………………………………………………………………………… 891
15.4.2 CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS TOLERANTES A FALLOS DE ACUERDO CON LA REDUNDANCIA …………………………………………………………………………………………………………….. 893
15.4.2.1 Tipo de elemento redundante ………………………………………………………………………………. 893
15.4.2.2 Cantidad de redundancia …………………………………………………………………………………….. 894
15.4.2.3 Estrategia de utilización de la redundancia ……………………………………………………………  894
Redundancia estática ………………………………………………………………………………………………………. 894
Redundancia dinámica ……………………………………………………………………………………………………. 895
Redundancia híbrida ………………………………………………………………………………………………………. 896
15.5 LOS CONTROLADORES ELECTRÓNICOS Y LA SEGURIDAD ANTE AVERÍAS …………………………………………………………………………………………………………………….. 897
15.5.1 INTRODUCCIÓN …………………………………………………………………………………………………… 897
15.5.2 CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS ELECTRÓNICOS EN RELACIÓN CON LA SEGURIDAD ANTE AVERÍAS …………………………………………………………………………………………. 897
15.5.2.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………………….. 897
15.5.2.2 Sistemas electrónicos independientes de seguridad ……………………………………………….. 898
SIS no programables por el usuario ………………………………………………………………………………….. 899
SIS programables por el usuario ………………………………………………………………………………………. 899
15.5.2.3 Controladores electrónicos seguros ante averías ……………………………………………………. 900
15.5.2.4 Controladores electrónicos seguros ante averías y de disponibilidad elevada ……………. 901
15.5.3 NORMAS RELATIVAS A LOS SISTEMAS DE SEGURIDAD ANTE AVERÍAS …………….. 901
15.5.3.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………….. 901
15.5.3.2 Normas de seguridad relativas a las máquinas ………………………………………….. 904
15.5.3.2.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………………. 904
15.5.3.2.2 Norma UNE-EN ISO 13849-1 ……………………………………………………………………………. 906
15.5.3.2.3 Norma UNE-EN IEC 62061 ………………………………………………………………………………. 907
15.5.3.3 Normas de seguridad relativas a los procesos ………………………………………………………. 909
15.5.3.3.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………………. 909
15.5.3.3.2 Norma UNE-EN IEC 61508 ………………………………………………………………………………. 910
15.5.3.3.3 Norma ANSI/ISA-84.01 ……………………………………………………………………………………. 916
15.5.3.3.4 Norma MIL-STD-882D …………………………………………………………………………………….. 917
15.5.3.4 Normas ferroviarias …………………………………………………………………………………………….. 917
15.5.3.5 Normas de automoción ……………………………………………………………………………………….. 918
15.5.4 PROCEDIMIENTO GENERAL DE DISEÑO DE UN SIS …………………………………………… 918
15.6 LOS CONTROLADORES ELECTRÓNICOS Y LA SEGURIDAD ANTE SABOTAJES ……………………………………………………………………………………………………………..  921
Bibliografía ………………………………………………………………………………………………………………… 921

Capítulo 16 CONFIABILIDAD DE LOS CONTROLADORES
ELECTRÓNICOS
16.1 INTRODUCCIÓN ………………………………………………………………………………………………… 927
16.2 SISTEMAS ELECTRÓNICOS INDEPENDIENTES DE SEGURIDAD ………………. 929
16.2.1 DEFINICIÓN Y DESCRIPCIÓN ……………………………………………………………………………..  929
16.2.2 SENSORES DE SEGURIDAD ………………………………………………………………………………… 930
16.2.2.1 Sensores de proximidad de actuación mecánica de seguridad ………………………………….. 931
16.2.2.2 Sensores de posición magnéticos de seguridad ………………………………………………………. 933
16.2.2.3 Sensores detectores de objeto optoelectrónicos de seguridad ………………………………….. 933
Cortinas fotoeléctricas …………………………………………………………………………………………………….. 934
Rejillas fotoeléctricas de seguridad …………………………………………………………………………………… 935
Bordes de seguridad ………………………………………………………………………………………………………… 936
Barrera fotoeléctrica de seguridad ……………………………………………………………………………………. 936
Barrera con sistema de exclusión formado por 4 sensores ………………………………………………….. 938
Barrera con sistema de exclusión formado por 2 sensores cruzados …………………………………….. 939
16.2.3 MÓDULOS DE SEGURIDAD …………………………………………………………………………………. 940
16.2.3.1 Definición y características generales ……………………………………………………………………. 940
16.2.3.2 Módulos de seguridad configurables …………………………………………………………………….. 942
16.2.3.3 Módulos de seguridad programables ……………………………………………………………………. 943
16.3 CONFIABILIDAD DE LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES ………………………….. 944
16.3.1 INTRODUCCIÓN ………………………………………………………………………………………………….. 944
16.3.2 CONFIABILIDAD DE LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES DE APLICACIÓN GENERAL…………………. 945
16.3.2.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………………. 945
16.3.2.2 Recursos internos de diagnóstico …………………………………………………………………………. 945
16.3.2.2.1 Circuito de vigilancia ………………………………………………………………………………………… 945
16.3.2.2.2 Circuito de comprobación de la batería ………………………………………………………………. 947
16.3.2.2.3 Entradas de seguridad ………………………………………………………………………………………. 947
16.3.2.2.4 Instrucciones del tipo MCR ……………………………………………………………………………….. 947
16.3.2.2.5 Instrucciones de acceso a la periferia ………………………………………………………………….. 948
16.3.2.3 Recursos externos de diagnóstico ………………………………………………………………………….. 948
16.3.2.3.1 Seguridad de las entradas …………………………………………………………………………………… 948
Duplicación de sensores y unidades de entrada …………………………………………………………………… 949
Triplicación de sensores y unidades de entrada …………………………………………………………………… 949
Autocomprobación de las interfaces de entrada …………………………………………………………………… 950
16.3.2.3.2 Seguridad de las salidas ……………………………………………………………………………………… 954
16.3.2.4 Seguridad ante sabotajes ………………………………………………………………………………………. 954
16.3.3 AUTÓMATAS PROGRAMABLES DE CONFIABILIDAD ELEVADA ……………………………. 955
16.3.3.1 Conceptos generales …………………………………………………………………………………………….. 955
16.3.3.2 Autómatas programables de seguridad ………………………………………………………………….. 957
16.3.3.3 Autómatas programables de disponibilidad elevada ……………………………………………….. 961
Bibliografía ………………………………………………………………………………………………………………….. 964

Apéndice 1 COMUNICACIONES ELECTRÓNICAS
A1.1 CONCEPTOS GENERALES ………………………………………………………………………………….. 967
A1.1.1 INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………………………………………………. 967
A1.1.2 CLASIFICACIÓN DE LAS COMUNICACIONES ELECTRÓNICAS SEGÚN EL TIPO DE SEÑALES ELÉCTRICAS……………………………………………………………………………………………………………………. 968
A1.1.3 MEDIOS DE TRANSMISIÓN …………………………………………………………………………………… 969
A1.1.3.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………………… 969
A1.1.3.2 Clasificación de los medios de transmisión …………………………………………………………….. 970
A1.1.3.3 Medios guiados ……………………………………………………………………………………………………  972
A1.1.3.3.1 Líneas metálicas de pares …………………………………………………………………………………… 972
A1.1.3.3.2 Cable coaxial …………………………………………………………………………………………………….. 972
A1.1.3.3.3 Guías de onda ……………………………………………………………………………………………………. 973
A1.1.3.3.4 Medios dieléctricos …………………………………………………………………………………………….. 973
A1.1.3.4 Medios inalámbricos …………………………………………………………………………………………….. 975
A1.1.4 CANALES DE COMUNICACIONES ………………………………………………………………………….. 976
A1.1.5 CLASIFICACIÓN DE LAS COMUNICACIONES ELECTRÓNICAS SEGÚN EL MÉTODO DE TRANSMISIÓN..  976
A1.1.5.1 Transmisión en banda base …………………………………………………………………………………….. 977
A1.1.5.2 Transmisión con modulación de una portadora ……………………………………………………….. 977
A1.2 INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES ………………………………… 979
A1.3 CONCEPTOS BÁSICOS DE LAS COMUNICACIONES DIGITALES PUNTO A PUNTO ………………….. 981
A1.3.1 MODOS DE TRANSMISIÓN DE LAS SEÑALES ………………………………………………………….. 982
A1.3.1.1 Transmisión en banda base ……………………………………………………………………………………… 982
A1.3.1.2 Transmisión en banda ancha …………………………………………………………………………………… 984
A1.3.2 MODOS DE COMUNICACIÓN ………………………………………………………………………………….. 986
A1.3.3 MODOS DE SINCRONIZACIÓN ……………………………………………………………………………….. 987
A1.3.3.1 Transmisión asíncrona …………………………………………………………………………………………… 987
A1.3.3.2 Transmisión síncrona ……………………………………………………………………………………………. 990
Protocolos síncronos orientados al carácter …………………………………………………………………………. 993
Protocolos síncronos orientados al contaje de octetos …………………………………………………………… 994
Protocolos síncronos orientados al bit …………………………………………………………………………………. 994
A1.3.3.3 Transmisión isócrona ……………………………………………………………………………………………. 995
A1.3.4 MÉTODOS DE DETECCIÓN DE ERRORES ………………………………………………………………. 996
A1.3.4.1 Detección de errores en la transmisión asíncrona ……………………………………………………. 996
A1.3.4.2 Detección de errores en la transmisión síncrona …………………………………………………….. 997
A1.3.5 MÉTODOS DE ENCRIPTACIÓN Y AUTENTIFICACIÓN ………………………………………….. 997
A1.3.6 CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS Y ELÉCTRICAS DE LAS CONEXIONES ………………. 999
A1.3.7 NORMALIZACIÓN DE LAS COMUNICACIONES DIGITALES PUNTO A PUNTO CABLEADAS  …………….. 1000
A1.3.7.1 Bucle de corriente digital …………………………………………………………………………………….. 1000
A1.3.7.2 Norma RS-232 …………………………………………………………………………………………………… 1002
Protocolo de la comunicación y velocidad de transmisión ………………………………………………….. 1002
Características mecánicas y eléctricas ………………………………………………………………………………. 1002
A1.3.7.3 Norma RS-422 …………………………………………………………………………………………………… 1005
A1.3.7.4 Norma RS-423 ………………………………………………………………………………………………….. 1006
A1.3.7.5 Norma RS-485  …………………………………………………………………………………………………. 1006
A1.3.7.6 Norma USB ………………………………………………………………………………………………………. 1007
A1.4 REDES DIGITALES …………………………………………………………………………………………… 1007
A1.4.1 INTRODUCCIÓN  ……………………………………………………………………………………………….. 1007
A1.4.2 MODELOS DE INTERCONEXIÓN DE LOS COMPUTADORES ……………………………… 1008
A1.4.3 CONCEPTOS ESPECÍFICOS DE LAS REDES DIGITALES …………………………………….. 1014
A1.4.3.1 Clasificación de las redes digitales cableadas de acuerdo con la topología ……………… 1015
A1.4.3.1.1 Topología de canales independientes ………………………………………………………………. 1015
A1.4.3.1.2 Topología estrella  …………………………………………………………………………………………. 1017
A1.4.3.1.3 Topología bus ………………………………………………………………………………………………. 1017
A1.4.3.1.4 Topología árbol …………………………………………………………………………………………… 1018
A1.4.3.1.5 Topología anillo ………………………………………………………………………………………….. 1018
A1.4.3.1.6 Topologías híbridas …………………………………………………………………………………….. 1020
A1.4.3.2 Clasificación de las redes digitales según la extensión ………………………………………. 1021
A1.4.3.3 Redes de área local ……………………………………………………………………………………….. 1021
A1.4.3.3.1 Conceptos generales …………………………………………………………………………………… 1021
Topología …………………………………………………………………………………………………………………. 1022
Medio físico de transmisión ………………………………………………………………………………………. 1022
Forma de compartir el medio físico entre varios procesadores ……………………………………… 1023
Estrategia de acceso al medio ……………………………………………………………………………………. 1023
A1.4.3.3.2 Redes de área local descentralizadas …………………………………………………………… 1026
Red Ethernet ……………………………………………………………………………………………………………. 1026
Red anillo con paso de testigo ……………………………………………………………………………………. 1028
Red bus con paso de testigo ………………………………………………………………………………………. 1028
A1.4.3.3.3 Redes de área local principal/subordinado ………………………………………………….. 1029
A1.4.3.3.4 Redes de área local proveedor/consumidor …………………………………………………. 1030
A1.4.3.4 Redes de área extensa ………………………………………………………………………………….. 1030
A1.4.3.4.1 Introducción …………………………………………………………………………………………….. 1030
Redes de conmutación de circuitos  ……………………………………………………………………………  1030
Redes de conmutación de paquetes  …………………………………………………………………………… 1031
A1.4.3.4.2 Redes TCP/IP  ………………………………………………………………………………………….. 1032
Conceptos generales …………………………………………………………………………………………………. 1032
Protocolo IP …………………………………………………………………………………………………………….. 1033
Protocolos TCP, UDP y SCTP …………………………………………………………………………………….. 1034
Intranet …………………………………………………………………………………………………………………… 1034
Conexión de usuarios individuales a Internet ………………………………………………………………. 1034
Integración de la voz en Internet ………………………………………………………………………………… 1036
A1.4.4 INTERCONEXIÓN DE REDES ……………………………………………………………………….. 1036
A1.4.4.1 Elementos de interconexión de la capa física ………………………………………………….. 1037
Repetidor ………………………………………………………………………………………………………………… 1037
Concentrador …………………………………………………………………………………………………………… 1038
A1.4.4.2 Elementos de interconexión de la capa de enlace de datos ………………………………. 1038
Puente …………………………………………………………………………………………………………………….. 1038
Conmutador de la capa de enlace de datos ………………………………………………………………….. 1038
A1.4.4.3 Elementos de interconexión de la capa de red ………………………………………………… 1039
Conmutador de la capa de red …………………………………………………………………………………… 1039
Enrutador ……………………………………………………………………………………………………………….. 1039
A1.4.4.4 Elementos de interconexión de la capa de transporte y aplicación ……………………. 1039
A1.4.5 REDES DE ÁREA LOCAL CONMUTADAS ………………………………………………………. 1040
A1.4.5.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………….. 1040
A1.4.5.2 Red Ethernet conmutada ……………………………………………………………………………… 1040
A1.5 COMUNICACIONES ELECTRÓNICAS INALÁMBRICAS ………………………….. 1042
A1.5.1 INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………………………………………. 1042
A1.5.2 CONCEPTOS BÁSICOS DE LAS COMUNICACIONES INALÁMBRICAS DIGITALES……………………… 1044
A1.5.2.1 Frecuencias y bandas de las comunicaciones inalámbricas digitales ………………….. 1044
A1.5.2.2 Transmisores y receptores inalámbricos ………………………………………………………… 1046
A1.5.2.3 Tipos de modulación de las comunicaciones inalámbricas  ………………………………. 1049
A1.5.2.3.1 Modulación ASK ……………………………………………………………………………………….. 1049
A1.5.2.3.2 Modulación FSK ……………………………………………………………………………………….. 1050
A1.5.2.3.3 Modulación PSK  ………………………………………………………………………………………. 1051
A1.5.2.3.4 Modulación QAM ……………………………………………………………………………………… 1051
A1.5.2.4 Tipos de acceso al medio ………………………………………………………………………………. 1053
A1.5.2.4.1 Acceso mediante división en frecuencia, tiempo y código ………………………………. 1053
A1.5.2.4.2 Acceso mediante división ortogonal de frecuencias ………………………………………. 1054
A1.5.2.4.3 Acceso mediante espectro ensanchado por secuencia directa ………………………… 1054
A1.5.2.4.4 Acceso mediante espectro ensanchado por salto de frecuencia ………………………. 1055
A1.5.2.4.5 Acceso mediante varias antenas en transmisión y en recepción ……………………… 1056
A1.5.2.5 Antenas ………………………………………………………………………………………………………. 1057
A1.5.2.5.1 Conceptos básicos ……………………………………………………………………………………… 1057
A1.5.2.5.2 Tipos de antenas ………………………………………………………………………………………. 1059
Antenas dipolo ………………………………………………………………………………………………………… 1059
Antenas monopolo ………………………………………………………………………………………………….. 1060
Antenas Yagi ………………………………………………………………………………………………………….. 1060
Antenas parabólicas ……………………………………………………………………………………………….. 1060
Antenas de microtiras  …………………………………………………………………………………………….1060
A1.5.2.6 Cables y conectores ……………………………………………………………………………………. 1062
A1.5.3 CLASIFICACIÓN DE LAS COMUNICACIONES DIGITALES INALÁMBRICAS …. 1064
A1.5.3.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………… 1064
A1.5.3.2 Comunicaciones inalámbricas punto a punto ……………………………………………….. 1065
A1.5.3.2.1 Radioenlaces …………………………………………………………………………………………… 1065
A1.5.3.2.2 Radiomódem ………………………………………………………………………………………….. 1066
A1.5.3.3 Redes digitales inalámbricas ………………………………………………………………………. 1067
A1.5.3.3.1 Introducción …………………………………………………………………………………………… 1067
Redes inalámbricas personales ……………………………………………………………………………….. 1068
Redes inalámbricas de área local …………………………………………………………………………….. 1068
Redes inalámbricas de área metropolitana ………………………………………………………………. 1068
Redes inalámbricas de área extensa …………………………………………………………………………. 1068
A1.5.3.3.2 Topología de las redes inalámbricas …………………………………………………………. 1069
Topología malla …………………………………………………………………………………………………….. 1069
Topología línea ……………………………………………………………………………………………………… 1070
Topología cadena ………………………………………………………………………………………………….. 1070
Topología celular  …………………………………………………………………………………………………. 1070
A1.5.3.3.3 Normas de las redes inalámbricas …………………………………………………………… 1071
Introducción ………………………………………………………………………………………………………… 1071
Normas de las redes inalámbricas personales (WPAN) …………………………………………….. 1072
Normas de las redes inalámbricas de área local (WLAN) …………………………………………… 1074
Normas de las redes inalámbricas de área metropolitana ………………………………………….. 1075
A1.5.3.3.4 Redes inalámbricas personales ………………………………………………………………… 1076
Red inalámbrica personal Blutuz …………………………………………………………………………….. 1076
Red inalámbrica personal ZigBi ……………………………………………………………………………….. 1079
Red inalámbrica personal 6LoWPAN ……………………………………………………………………….. 1081
Red inalámbrica personal HART ……………………………………………………………………………… 1082
Red inalámbrica personal ISA 100.11………………………………………………………………………… 1084
Red inalámbrica personal ZWave …………………………………………………………………………….. 1087
Red inalámbrica personal de banda ultra-ancha ………………………………………………………… 1088
Red inalámbrica personal Wisa ………………………………………………………………………………… 1089
A1.5.3.3.5 Redes inalámbricas de área local ……………………………………………………………….. 1090
A1.5.3.3.6 Redes inalámbricas de área metropolitana …………………………………………………. 1091
A1.5.3.3.7 Redes inalámbricas de área extensa …………………………………………………………… 1093
Introducción …………………………………………………………………………………………………………… 1093
Red GSM ………………………………………………………………………………………………………………… 1096
Redes GPRS y EDGE ……………………………………………………………………………………………….. 1099
Red UMTS ……………………………………………………………………………………………………………… 1099
Red HSPA ………………………………………………………………………………………………………………. 1101
Redes LTE Y 4G ………………………………………………………………………………………………………. 1101
A1.5.4 COMUNICACIONES INALÁMBRICAS DE APLICACIÓN ESPECÍFICA ……………… 1102
A1.5.4.1 Comunicaciones inalámbricas de identificación ……………………………………………… 1103
A1.5.4.1.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………… 1103
A1.5.4.1.2 Descripción ………………………………………………………………………………………………. 1103
Lector, interrogador o transmisor-receptor ………………………………………………………………… 1103
Etiqueta electrónica ………………………………………………………………………………………………….. 1104
Controlador ……………………………………………………………………………………………………………… 1104
Recursos de programación intermedios ………………………………………………………………………. 1106
A1.5.4.1.3 Frecuencias de operación ……………………………………………………………………………. 1106
A1.5.4.1.4 Normalización de los sistemas RFID ……………………………………………………………. 1106
A1.5.4.1.5 Aplicación de los sistemas RFID en los procesos industriales………………………….. 1107
A1.5.4.2 Comunicaciones inalámbricas cercanas ………………………………………………………….. 1107
A1.5.4.3 Redes inalámbricas de sensores ……………………………………………………………………… 1110
Introducción……………………………………………………………………………………………………………… 1110
Tipos de redes inalámbricas de sensores………………………………………………………………………. 1111
Topologías de las redes inalámbricas de sensores …………………………………………………………. 1113
Aplicaciones de las redes inalámbricas de sensores ………………………………………………………. 1113
A1.5.4.4 Internet de los objetos……………………………………………………………………………………. 1113
A1.5.4.5 Comunicaciones inalámbricas de medidas remotas ………………………………………….. 1114
A1.6 COMUNICACIONES UNIFICADAS ………………………………………………………………  1114
A1.6.1 DEFINICIÓN Y CONCEPTOS GENERALES ………………………………………………………. 1114
A1.6.2 HERRAMIENTAS INFORMÁTICAS CORPORATIVAS ………………………………………. 1116
A1.6.3 SERVICIOS COLABORATIVOS Y MOVILIDAD …………………………………………………. 1116
A1.6.4 EQUIPOS INFORMÁTICOS  ……………………………………………………………………………. 1116
A1.6.5 HERRAMIENTAS DE COMUNICACIONES ………………………………………………………. 1116
A1.6.6 NORMALIZACIÓN DE LAS COMUNICACIONES UNIFICADAS ………………………… 1117
A1.7 TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN Y LAS COMUNICACIONES…………  1117
A1.7.1 INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………………………………………. 1117
A1.7.2 APLICACIONES DE LAS TIC …………………………………………………………………………… 1119
A1.7.2.1 Aplicaciones generales de las TIC …………………………………………………………………… 1119
A1.7.2.1.1 Almacenes de datos ……………………………………………………………………………………. 1119
A1.7.2.1.2 Minería de datos ……………………………………………………………………………………….. 1121
A1.7.2.1.3 Macrodatos ………………………………………………………………………………………………. 1121
Definición ……………………………………………………………………………………………………………….. 1121
Tipos de datos  …………………………………………………………………………………………………………. 1121
Análisis de los macrodatos ………………………………………………………………………………………… 1122
Desarrollo de sistemas de almacenamiento y proceso de los macrodatos ……………………….. 1123
A1.7.2.1.4 Computación en la nube o nube informática ………………………………………………… 1123
Introducción ……………………………………………………………………………………………………………. 1123
Modelos de implantación de las nubes informáticas …………………………………………………….. 1125
Modelos de servicios de las nubes informáticas …………………………………………………………… 1125
Normalización de las nubes informáticas ……………………………………………………………………. 1126
La nube informática y los macrodatos ………………………………………………………………………..  1126
Seguridad de la información en la nube informática ……………………………………………………. 1126
A1.7.2.1.5 Comercio electrónico …………………………………………………………………………………. 1127
A1.7.2.1.6 Mercadotecnia digital ………………………………………………………………………………… 1127
A1.7.2.1.7 Hipertexto e hipermedia …………………………………………………………………………….. 1128
A1.7.2.2 Aplicaciones sectoriales de las TIC ………………………………………………………………..  1131
Comunicaciones Industriales ……………………………………………………………………………………  1131
Redes eléctricas inteligentes …………………………………………………………………………………….  1136
Bibliografía……………………………………………………………………………………….. 1137
Nota: Los apéndices que se indican a continuación se encuentran
en los archivos digitales disponibles en Marcombo.

Apéndice 2 FUNDAMENTOS DE LOS CONTROLADORES LÓGICOS
A2.1 CONTROLADORES LÓGICOS SIN UNIDAD OPERATIVA
A2.1.1 CONTROLADORES LÓGICOS COMBINACIONALES
A2.1.1.1 Controladores lógicos combinacionales cableados
A2.1.1.2 Controladores lógicos combinacionales programables
A2.1.2 CONTROLADORES LÓGICOS SECUENCIALES SÍNCRONOS
A2.1.2.1 Introducción
A2.1.2.2 Controladores lógicos secuenciales síncronos cableados
A2.1.2.3 Controladores lógicos secuenciales síncronos programables de
arquitectura fija
A2.1.2.4 Controladores lógicos secuenciales síncronos programables de
arquitectura configurable
A2.2 CONTROLADORES LÓGICOS CON UNIDAD LÓGICA
A2.2.1 AUTÓMATAS PROGRAMABLES CON INSTRUCCIONES DE CARGA Y
MEMORIZACIÓN O SALIDA
A2.2.2 SÍNTESIS DE SISTEMAS DIGITALES MEDIANTE AUTÓMATAS
PROGRAMABLES IMPLEMENTADOS CON UNA UNIDAD LÓGICA
A2.2.2.1 Síntesis de sistemas combinacionales
A2.2.2.2 Síntesis de sistemas secuenciales caracterizados por flancos

Apéndice 3 AMPLIACIÓN DE LOS BUSES DE CAMPO
A3.1 RED PROFIBUS-FMS

Apéndice 4 AMPLIACIÓN DE LA CONFIABILIDAD
A4.1 PARÁMETROS QUE DEFINEN LA MANTENIBILIDAD
A4.2 PARÁMETROS QUE DEFINEN LA DISPONIBILIDAD Y LA INDISPONIBILIDAD
A4.3 NORMAS RELATIVAS A LOS SISTEMAS DE SEGURIDAD
A4.3.1 INTRODUCCIÓN
A4.3.2 NORMA EN 954-1

Apéndice 5 PROPUESTA DE EQUIVALENCIAS ENTRE EL INGLÉS Y EL ESPAÑOL DE TÉRMINOS
UTILIZADOS EN CONTROL LÓGICO, CONTROL DE PROCESOS, GESTIÓN DE LA TECNOLOGÍA,
SENSORES, ACTUADORES, COMUNICACIONES DIGITALES, COMUNICACIONES INDUSTRIALES
Y CONFIABILIDAD.

Apéndice 6 ACRÓNIMOS Y ABREVIATURAS UTILIZADOS EN CONTROL LÓGICO, CONTROL DE PROCESOS,SENSORES INDUSTRIALES, COMUNICACIONES DIGITALES, COMUNICACIONES INDUSTRIALES  Y SEGURIDAD

Apéndice 7 CONVERTIDORES DIGITAL-ANALÓGICOS
Y ANALÓGICO-DIGITALES

A color
Páginas:
1232
Edición:
3
Año Publicación:
12/02/2018
ISBN:
9788426725899
Formato:
20x26 cms
Colección

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