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7 de abril de 2012

Maxim Las cadenas de señales y PLC impacto en nuestras vidas

Introducción

Automatización por circuito cerrado de la señal de la cadena de control está en todas partes. Hace que nuestros hogares sean más agradables. Da a los automóviles de la gama cada vez más amplio de funciones que van más allá de la libertad de viajar. Es, de hecho, bastante asombroso mirar a su alrededor y darse cuenta de que muchos de los productos de hoy en día se fabrican con la ayuda de una cadena de la señal de circuito cerrado. También es importante señalar que en las plantas industriales y fábricas, una forma más compleja de una cadena de señal se llama un controlador lógico programable (PLC). En este tutorial, veremos que la señal de la cadena y las aplicaciones del PLC sólo están limitadas por nuestra imaginación.

Cadenas de señales a tu alrededor

Cadenas de señales que nos rodean. Ellos hacen posible nuestra vida moderna y agradable. De hecho, una aplicación con una cadena de la señal aparece en cualquier momento se necesita un circuito de control para monitorear, administrar, manejar, regular, limitar, u organizar algo.

Las máquinas que utilizan la señal de las cadenas de aire caliente y frío y el agua en nuestros hogares. Ellos relajarse y cocinar nuestros alimentos. En la industria, casi todo lo que compramos se fabrica utilizando la señal de las cadenas. Piense en su automóvil. (Sí, la mayoría de nosotros el salto a los coches sin pensar. Nos dirigimos a nuestros automóviles al trabajo y algunas personas conducen con el "bang-bang" enfoque. Este no es el servo bang-bang que se discuten en el apéndice , pero golpeando en realidad las cosas.) frenos antibloqueo, control de crucero de automoción, transmisiones automáticas, y los controles de tracción son ejemplos de usos de la cadena de señal.

Una cadena de señales Controles básicos con retroalimentación

¿Cómo puede una cadena simple de la señal o el control de proceso? Considere la posibilidad de un horno común de la casa y una unidad de control electrónico (ECU) en un automóvil.

Los componentes del horno están encerrados dentro de un contenedor, por lo que no hay comunicación a larga distancia es necesario. Cuando el usuario ajusta el termostato a la temperatura deseada, el horno mantiene la temperatura interna en el punto de ajuste ( Figura 1 ).

El olor de las galletas en el horno trae recuerdos agradables.
El olor de las galletas en el horno trae recuerdos agradables.

Figura 1.  Un horno de la casa es un ejemplo simple de una cadena de señal o control de retroalimentación del proceso.
Figura 1. Un horno de la casa es un ejemplo simple de una cadena de señal o control de retroalimentación del proceso.

Cuando el termostato detecta que la temperatura del horno es bajo, el interruptor está cerrado, completando así el circuito para abrir la válvula de gas al quemador principal. Una vez que el termostato detecta que el horno ha alcanzado el punto de ajuste, el interruptor se abre, se cierra la válvula de gas y el quemador principal se apaga. El ciclo se repite según sea necesario. El piloto ofrece una prueba de fallas de función, mientras que también proporciona una fuente de ignición de origen para el quemador principal. Si el piloto tuviera que salir, no hay tensión que se crea por el termopar por lo que la válvula principal no se abría.

Modernos coches de gama alta puede tener hasta 80 ecus. Ellos controlan los motores, frenos antibloqueo, control de crucero, transmisión automática y tracción. La mayoría de centralitas, son ejemplos de cadenas de señal, porque tienen la sensación de uno o más parámetros físicos, aplicar una lógica o inteligencia, y producir una acción en beneficio del consumidor. (Véase el diagrama de bloques de señal de retorno de la cadena en la Figura 2 ). Tabla 1resume las funciones de la cadena de señal para diversas aplicaciones de automoción.

 

 


 

Tabla 1. Cadena de señal-Aplicaciones en un automóvil
Aplicación Parámetros de Detección Lógica o inteligencia Acciones Beneficios
De control del motor La temperatura, la masa de aire, el volumen de combustible, la velocidad del motor y el ángulo de rotación, la posición del acelerador, la carga del motor Optimiza múltiples entradas de sensores para las condiciones y los beneficios máximos Controles de aire / combustible, la sincronización del encendido, la velocidad de ralentí, sincronización variable de válvulas Mejor economía de combustible, la reducción de emisiones de motores; mayor vida útil del motor; de poder mejor cuando sea necesario
Los frenos antibloqueo La velocidad del vehículo, velocidad de las ruedas, freno de la presión Compara velocidad de las ruedas durante la última hora de identificar el arrastre Controles válvulas y bombas Aumenta el control del conductor, disminuye la distancia de frenado en las condiciones más adversas
El control de crucero La velocidad del vehículo, la velocidad del motor, del interruptor del freno Establece y mantiene la velocidad del vehículo a través de condiciones cambiantes Ajusta la posición del acelerador Mayor ahorro de combustible, comodidad del conductor
Las transmisiones automáticas De posición del acelerador, la carga del motor, kick-down switch; la velocidad del vehículo, velocidad de las ruedas; deslizamiento convertidor de par Optimiza múltiples entradas de sensores para las condiciones Controles de cambio, rápido bajo el poder de reducir al mínimo el desgaste del embrague y de la banda, lento para la comodidad de los pasajeros bajo la carga de potencia inferior Mayor ahorro de combustible, la vida de transmisión mayor, mejor control del vehículo, mayor velocidad de cambio
El control de tracción Posición del acelerador, la carga del motor, la velocidad del vehículo, velocidad de la rueda Compara vehículos del acelerador y la rueda para variar las condiciones de superficie de la carretera- Reduce la potencia del motor mediante la eliminación de combustible o una chispa desde el cilindro (s) o cambiar la posición del acelerador; aplica los frenos en una o más ruedas Reduce la pérdida de tracción en aceleración, mejora el control del conductor

Cadenas de señales se utilizan también para otros sistemas de seguridad para el automóvil y la comodidad: información y entretenimiento, asistencia al aparcamiento, airbags, cinturones de seguridad, cerraduras de puertas y elevalunas eléctrico, corriendo, la cortesía, la cabeza y las luces traseras, dirección asistida, calefacción, aire acondicionado, control de asiento; y teléfono ... para nombrar unos pocos.

La diferencia entre una cadena de señal y un PLC

Un sistema de cadena de la señal que va más allá de lo que se necesita para un sistema tan pequeño, tan simple como un horno de la casa se llama PLC. Recordando que "las cadenas de señal están a tu alrededor", que al lado de una fábrica industrial. ¿Qué controles y las configuraciones son necesarias en una fábrica? En una panadería totalmente automatizado, por ejemplo, se necesitan muchos subsistemas, tales como básculas de pesaje, válvulas, medidores de flujo, mezcladores, levadura aumento de las cámaras de calentamiento, hornos, cintas transportadoras, ventiladores y equipos de embalaje. Para ser totalmente automatizado, la panadería necesita un sistema de control de procesos para gestionar y coordinar todos los eventos críticos en el tiempo entre estos subsistemas. Para garantizar la coordinación y operación exitosa para todas estas operaciones, cada uno de dichos subsistemas se incluyen uno o más PLCs. Incluso las comunicaciones más complejas se requiere cuando los controladores y los elementos controlados están separados por una distancia significativa. En un entorno complejo de control como una fábrica con las operaciones repartidas en varios edificios o de los sitios, un PLC pasa mucho tiempo la comunicación de señales y eventos a los componentes de proceso en todo el sistema.

Esto nos lleva a la diferencia más importante entre un PLC y una cadena de señal: un PLC hace que el proceso de cambio fácil. Podemos ilustrar esto con una breve digresión sobre la historia de la automatización en una fábrica de automóviles. Estrategia de una empresa de automoción para gestionar el cambio resultó en un PLC.

La invención de un PLC

La automatización industrial se fue arraigando en la industria del automóvil, cuando Henry Ford ¹ ampliación de las técnicas de producción en masa a principios del siglo XX. Él utilizó las estaciones fijas de montaje con los coches en movimiento entre las posiciones. Los empleados aprendieron a sólo unos pocos tareas de montaje y realizar las tareas durante días y días. Después de muchos años el paso de un nuevo modelo de coche llegó a ser muy costoso y consume tiempo. El proceso de producción estaba controlada por miles de relés cableados, interruptores de levas y temporizadores de tambor, y dedicada controladores de lazo cerrado. Para rediseñar para los próximos modelos de electricistas necesarios para cablear toda la mecánica de los miles de relés. Y a continuación, la solución de problemas comenzó a asegurar que los dispositivos de seguridad, control y secuenciación fueron todas correctas.

Fue esta necesidad de gestionar el cambio constante que al parecer dio lugar a la invención del PLC. En 1968, Dick Morley y sus acompañantes fueron el diseño de un nuevo invento, un controlador programable . Mientras tanto, General Motors ®, (GM ®) la empresa de automóviles, "queríamos un controlador de estado sólido, como un sustituto electrónico para cableados de relés de sistemas ". ² GM pidió Morley para una cita para resolver su problema. El Sr. Morley respondió. Ahora está considerado como el padre del PLC y tiene la patente sobre el mismo. ³

GM utilizó por primera vez un PLC para montar las transmisiones automáticas de automóviles. Una planta de montaje está hecho de cientos de máquinas que necesitan ser coordinados para su buen funcionamiento. El PLC permite la línea de producción para ser reutilizados fácilmente. Ahora una máquina de reprogramar básica podría ser reutilizado para producir una pieza nueva.

Podemos ilustrar la importancia fundamental de esta evolución, centrándose en una máquina, un control numérico (NC), fresadora, y comparando el antiguo sistema de control con un PLC. En primer lugar, un ser humano cargado una pieza de metal desnudo sobre la mesa de corte y cerrado hacia abajo. Varios interruptores comprobado que el metal estaba en la posición adecuada. El operador indicó que su cuerpo estaba fuera de peligro pulsando dos botones muy separados, uno con cada mano. Un guardia de mecánica extiende a proteger al operador de las virutas de metal que vuelan. Finalmente, los cortadores múltiples esculpido el metal en una secuencia precisa. Cuando se complete la parte del molino se retractó de las herramientas, se detuvo a todos los movimientos, y abrió la guardia por lo que el ser humano podría quitar la pieza y sustituirla por una lámina de metal nuevo. Antes de que el PLC, cada uno de estos pequeños pasos en la operación fue atado con alambre duro con interruptores de relés, temporizadores, límites y posición. Se trabajó de forma fiable ... hasta que uno necesita para hacer incluso un pequeño cambio. La situación peor posible cuando era un nuevo paso necesario para ser agregados en la mitad de la secuencia. Alguien que tenga que unwire todos los pasos después del paso de nuevo, agregar el nuevo paso (un relé o un temporizador de hardware), y todo nuevo cableado que le siguió.

Introduzca el PLC. Con un PLC que fresadora misma se convierte en un instrumento general que es controlado y rápidamente cambió de un software o cambio de la lógica. Cambio de herramienta y le da nuevas instrucciones que ahora permite el molino de base para hacer muchas partes diferentes. Al extender esto a las muchas máquinas en una fábrica, una línea de montaje de automóviles o de otra fábrica se adaptó rápidamente a los cambios.

Hoy en día se encuentran los autómatas se utilizan en algunas fábricas modernas, incluyendo una línea de ensamblaje automotriz. Del mismo modo, una empresa química, alimentos o cosméticos pueden tener para mezclar muchas fórmulas diferentes para hacer sus productos. Sin el PLC y su lógica y fácil de configurar de nuevo, los cambios de producción seguiría siendo engorroso y costoso. Muchos de los artículos que son comunes en nuestras vidas serían inasequibles.

Utilizamos PLC en nuestra vida diaria más de cada uno de nosotros se da cuenta. Para otros orientados a la familia ejemplos, vea el Apéndice .

Automatización de fábrica, control y monitoreo

Hay áreas en una fábrica que son muy peligrosos para los seres humanos. Afortunadamente, tenemos el cerebro y la capacidad de utilizar máquinas, y dejamos que un PLC (Figura 2) el control de esas máquinas.

Figura 2.  Diagrama de un simple y común de la señal de la cadena y lazo PLC utiliza en muchas disciplinas de productos.
Figura 2. Diagrama de un simple y común de la señal de la cadena y lazo PLC utiliza en muchas disciplinas de productos.

La Tabla 2 resume cómo el PLC y los fundamentos de la cadena de señal comenzará una vez que percibimos algo, generalmente un parámetro físico. A continuación, las aplicaciones del PLC y la señal de la cadena a ser tan numerosos y frecuentes que nos tomamos muchas de sus funciones por sentado.


 

Tabla 2. Los parámetros de medición que proveen insumos PLC
Dimensiones Campo Posición
Intensidad Energía Presión
Impedancia Temperatura Humedad
Densidad Acelerar Frecuencia
Viscosidad Tiempo de vuelo Fase
Velocidad Distancia Tiempo
Aceleración Presión Salinidad
La pureza del agua Esfuerzo de torsión Volumen
Peso Estado de la carga Gases
Masa Conductividad Ph
Resistencia El oxígeno disuelto Voltaje
Capacidad Concentración de iones Corriente
Inductancia Productos Químicos Nivel
Rotación De carga (electrones) Color

Por el lado de salida de una cadena de la señal o el PLC, hacemos un seguimiento de un sistema o trabajamos o mover algo. La Tabla 3 muestra las cosas supervisados ​​o controlados por un PLC.

Tabla 3. Cosas vigilado / controlado por una salida del PLC
Válvula Presión Cambiar
Motor Humedad Solenoide
Presión Force Feedback Luces
Velocidad Sala de entrada Peso
Flujo Secuencia Acelerar
Volumen Autorización Metros
Esfuerzo de torsión Atenuación Mostrar
Frecuencia Igualdad Calibración
Voltaje Comunicación Tiempo
Corriente Desfase de ganancia Herramienta
Distancia Densidad de flujo Campo
Posición Temperatura Filtrar
Poder Galvanómetros Aceleración
Brillo Ración de aire-combustible Contraste

La cartera de Maxim es insuperable, especialmente para los dispositivos portátiles de energía y verde donde bajo consumo de energía es fundamental. El pequeño tamaño es también necesario en tales dispositivos que funcionan con baterías. Encuentra más información y recomendó el uso de partes del PLC de la máxima soluciones . Con las nuevas piezas que aparecen en la página web todos los días, la herramienta de búsqueda paramétrica de ayuda a los ingenieros seleccionar exactamente la parte derecha sobre la base de criterios eléctricos.

Por ejemplo, en la página del producto Convertidores de datos que ver una selección de resoluciones. La elección de un 12-bit DAC hace que la tabla de parámetros para que se muestre por más de 250 piezas con 20 parámetros (10 parámetros menos utilizados están ocultos a la izquierda). Para utilizar las tablas, primero haga clic en las columnas ocultas "," selección de la CPI (mA), haga clic en "columnas ocultas," seleccione la CPI (mA), haga clic en ". paquete más pequeño disponible (mm ²)" Ahora mueva el control deslizante de la CPI (mA) <1 mA y mover el control deslizante en el paquete más pequeño disponible (mm ²). Esto acorta la lista de más de 70 partes. Continúe seleccionando el número de canales, el poder-on reset ( POR ) del estado, tipo de salida, y la interfaz para reducir la selección a un número manejable de las partes y hojas de datos.

Hay otro ejemplo de la fácil de utilizar las funciones de Web para la selección de las piezas. Volver a la página principal (haga clic en el logotipo de Maxim en la parte superior izquierda de la mayoría de las páginas). Pase el ratón sobre "Administración de energía" en la columna de la izquierda y seleccione "Referencias de tensión". Ahora usted puede seleccionar una tensión, o "baja potencia" o "pequeño paquete" para ver los productos destacados.

¿Necesitas más ayuda? Tenemos apoyo sobre el terreno con unas ventas de Maxim y la distribución e ingenieros de campo de aplicación en todo el mundo.

Conclusión

Bucle de control de las cadenas de señal o PLC, en aplicaciones relativamente simples o complejos, se encuentran a nuestro alrededor. Ellos calor y frío, y mantener una temperatura constante en cualquier estructura, independientemente de su tamaño. Las cadenas de señal del monitor y el control de frenos antibloqueo, control de crucero, transmisión automática y los controles de tracción en los automóviles. Muchos aparatos del hogar hoy en día contienen una cadena de señal. Hablamos de un horno, pero la lista es interminable: el horno de microondas, lavadoras y secadoras, y hasta el aspersor de riego que puede sentir la humedad del suelo y regular el uso del agua.Por último, es importante recordar que todos estos bienes son producidos en una fábrica donde unos monitores de PLC y controla la mayoría de todos los sistemas electrónicos que opera o se mueve.

Referencias
  1. Para más información sobre Henry Ford y la automatización de fábricas de automóviles, puedes empezar aquí (http://en.wikipedia.org/wiki/Assembly_line ).
  2. Dunn, Allison, "El padre de la invención: Dick Morley mira hacia atrás en el 40 º aniversario del PLC", revista de la Automatización de fabricación , 12 de septiembre,
  3. Dick Morley es conocido como el "padre" del PLC. Su patentes de EE.UU. 3.761.893 es la base del PLC muchos hoy en día. http://patft.uspto.gov/netahtml/PTO/srchnum.htm .

Apéndice: Más PLC en el hogar

En una casa, mi hogar, se utiliza un PLC de la manera más cruda posible. Tenemos un "bang-bang servo", que es básicamente una intervención humana anticuado para nuestro sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado ( HVAC ) del sistema. Bang-Bang servos funcionan porque el sistema tiene un ancho de banda tan increíblemente baja que las cosas cambian en cuestión de minutos y horas. La inercia térmica de las paredes, el piso y el techo de nuestras casas es muy alta, por lo que el encendido / apagado controles de termostato de la calefacción y el aire acondicionado. Mientras tanto, la ventilación se utiliza el lazo del servo más caro y complejo posible: un ventilador para toda la casa tira en el aire a través de puertas y ventanas abiertas y luego lo extrae a través del ático. El servo es muy compleja debido a que opera en la intervención humana. Durante el día en que decide utilizar el ventilador en vez de aire acondicionado para ahorrar energía. Un temporizador apaga el ventilador y en ese momento tenemos que cerrar las puertas y ventanas.

El funcionamiento de la calefacción y sistema de aire acondicionado de control es, en teoría, más sencillo que el método de bang-bang más arriba, pero los seres humanos pueden complicar nada. El sistema es controlado por un termostato bimetálico; el calentador es decir, hasta el punto de ajuste se supera. El calentador se apaga hasta que el bimetal se enfría y luego el calentador va de nuevo y repite el ciclo. Lo contrario sucede para la refrigeración.Dependiendo del tiempo, la pérdida o ganancia de calor en la casa cambia el ciclo de trabajo de la-encendido y apagado. Es simple y fiable.

Esto en cuanto a teoría de la operación ... los seres humanos tienen una tendencia a complicar hasta los sistemas más simples, con consecuencias inesperadas y cómicas a menudo. Hemos sustituido la vieja a gas natural calentador de aire forzado con un moderno horno de alta eficiencia. Esto hizo dos grandes cosas: que me hizo un montón de puntos con mi esposa, porque el nuevo horno se ajusta en su totalidad en el espacio de áticos, y tenemos la posibilidad de ahorrar dinero en el tiempo. El antiguo horno utiliza un tubo de metal para agotar los productos de combustión muy calientes. El nuevo es un horno de condensación con los gases de escape a través de una tubería de plástico, y el aire es simplemente caliente al tacto. Al mismo tiempo se instaló un acondicionador de aire más eficiente y un termostato nuevo. El nuevo termostato funciona bien, pero es nuestra sensibilidad humana, están sesgadas. En primer lugar, es digital, tiene un microprocesador y un reloj de tiempo real ( RTC ). Tiene muchos modos, más de lo que nunca uso. Ahora tengo que aprender a programar. (Mi esposa no se programa porque ella lo puso en mi lista de tareas.) En segundo lugar, los placebos tienen poderosos efectos sobre los seres humanos. El termostato usado tiene histéresis. Podría haber sido tan grande como tres o cuatro grados, pero que no sabía y no le importaba. Ahora los dos nos vistazo a la pantalla a medida que caminamos pasado y conseguir una sonrisa tonta, sabiendo.

General Motors es una marca registrada de General Motors LLC.

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