Sistemes Digitals i de Control

Circuits digitals combinacionals

Els sistemes o circuits digitals combinacionals són aquells en què, a cada instant, l’estat lògic de les seves sortides depèn únicament de l’estat de les seves entrades.

Circuits de comunicació

Serveixen per transmetre informació per una línia com per codificar, descodificar o modificar l’estructura d’aquesta informació.

Circuits aritmètics

Són circuits que fan una sèrie d’operacions aritmètiques amb les dades binàries que processen.

Multiplexos

tenen més d’una entrada de dades

Desmultiplexos

una única entrada de dades

Comparador

És un circuit combinacional que indica la relació d’igualtat o desigualtat existent entre dos nombres binaris a i b de n bits cadascun, expressats en algun tipus de codi binari.

Circuits seqüencials

Es caracteritzen per la seva capacitat de memoritzar informació.

Comptador

És un circuit seqüencial les sortides del qual representen, en un codi determinat, el nombre d’impulsos que s’apliquen a l’entrada. És constituït per un conjunt de biestables interconnectats entre ells.

Sistemes automàtics i de control

La tecnologia de control abasta tots els procediments i sistemes que permeten automatitzar màquines, aparells i processos de fabricació.

Sistemes de control automàtic

Un sistema de control automàtic és un conjunt d’elements tècnics que té per objectiu aconseguir que una màquina o un procés faci les seves funcions amb una intervenció humana mínima.

Tecnologia cablada vs. tecnologia automàtica

La cablada és poc flexible davant de modificacions, ocupa molt espai, difícil de localitzar i resoldre avaries, poc adaptable.

La automàtica no presenta els inconvenients anteriors, és molt adaptable, pot fer diverses funcions només canviant el programa de control.

Senyals en els sistemes de control

• Sistemes analògics: Treballen amb senyals de tot tipus continu, amb marge de variació variant.
• Sistemes digitals: Treballen amb binari (0 i 1) els quals només poden representar dos estats, Obert o tancat, activat o desactivat….
• Sistemes híbrids analogicodigitals (sistemes de control actuals): Processen senyals analògics i digitals alhora.

Llaç Obert vs. llaç tancat

Els sistemes de control de llaç obert es caracteritzen perquè, un cop activats, executen el procés durant un temps prefixat, independentment del resultat obtingut. En els sistemes de control de llaç tancat, en canvi, un cop donada l’ordre per iniciar el procés, el resultat o sortida del procés és analitzat i si no compleix una determinada consigna el dispositiu de control n’és informat i manté el procés actiu fins a assolir allò que estableix la consigna.

La funció de transferència o transmitància és l’expressió matemàtica que, en un bloc, relaciona la variable de sortida amb la variable d’entrada.

Components dels sistemes de control

• Dispositius d’entrada d’ordres: Permeten a l’operador l’entrada de dades i ordres al sistema.
• Elements binaris: activat/desactivat, sí/no, cert/fals
• Elements numèrics: permeten l’entrada de números i alfanúmeros (números i lletres)

• Dispositius d’entrada d’informació: Constituïts bàsicament per sensors, prenen dades de la situació i les transmeten a l’unitat de control.
• Tipus de senyal: binari, numèric i analògic
• Tipus de magnitud que indiquen: temperatura, pressió, cabal, posició, velocitat…

Unitat de control o controlador: Sistema de tractament de la informació del procés, estableix com s’han de combinar les entrades d’informació per activar les sortides del procés.

Dispositius de sortida d’informació: Comunicació amb l’operador. Classificació: binaris, numèrics i alfanumèrics i d’analògics.

Actuadors i preactuadors: Els actuadors (motors, cilindres, resistències calefactores) són els encarregats d’operar sobre el procés. Sovint requereixen preactuadors.

Transductors

Els transductors són dispositius que transformen una magnitud física en una altra magnitud física, sovint un senyal elèctric, entre les quals hi ha una relació determinada.

Estructura

• Element sensor o captador: Converteix les variacions d’una magnitud física en variacions d’una magnitud elèctrica o magnètica, anomenada comunament senyal.
• Bloc de tractament de senyal: Quan n’hi ha, té com a funció filtrar, preamplificar i, en general, tractar el senyal obtingut pel captador per adaptar-lo a l’entrada de l’etapa següent, l’etapa de sortida.
• Etapa de sortida: Comprèn els amplificadors, relés, convertidors de codi, transmissors i, en general tots aquells que adapten el senyal a les necessitats de la càrrega exterior, normalment un comparador o un controlador.

Transductor ideal → la relació entre la magnitud de sortida i la variable d’entrada sigui proporcional per a tots els règims de funcionament. I que absorbeixi el mínim d’energia durant el procés de mesurament per no influir en la magnitud que s’ha de mesurar.

Autòmat programable industrial (PLC)

És una màquina electrònica dissenyada per fer, en temps real i en ambient industrial, automatismes combinacionals i seqüencials, i pensada per ser programada per personal no informàtic.

• Inconvenients: s’ha de tenir gent especialitzada i s’ha de fer un manteniment posterior
• Avantatges: espai reduït, reducció cost mà d’obra, reducció temps de l’elaboració del projecte, reducció cost manteniment…

Estructura: equip electrònic de control, maquinari i programari. Tres parts fonamentals:

• Unitat Central de Procés/ Control (CPU): part intel·ligent del autòmat, funció: consultar estat entrades i sortides i executar instruccions programa sequencialment. Format per un Microprocessador. Cicle o scan: Lectura entrades, Execució del programa, Copia taules d’imatges, Repeat.
• Memòria: Emmagatzema programa i les dades del procés. Dades de control (sequència instrucció i configuració autòmat). Dades de Procés (Senyals (in/out) variables internes i dades alfanumèriques i constants).

Memòries volàtils (RAM): poden ser utilitzades fàcilment per l’autòmat, però un cop s’apaga el programa la memòria es neteja.

Memòries no Volàtils: mantenen info tot i no tenir corrent elèctrica.

• ROM: Read Only Memory: només pot ser llegida, no pot ser escrita ni esborrada després de ser programada
• PROM: Programable ROM: Es pot programar elèctricament un sol cop
• EPROM: Errasable PROM: es pot programar diverses vegades i esborrar-ho tot de cop (llum UV)
• EEPROM: Electrically EPROM: Es pot programar i esborrar elèctricament diverses vegades
• EAPROM: Electrically Alterable PROM: comportament similar a RAM, però la seva info no es perd en apagar. Es pot modificar una part del contingut sense esborrar-la totalment.

Elements d’entrada i Sortida: Permeten comunicar l’autòmat amb el procés que està controlant i amb l’usuari.

• Entrada (Digitals si/no continua 24 o 48v o altern 110 o 220 V, Analògiques 0-10 V o 4-20 mA)
• Sortides (relé tot/res, triac tot/res, tot/res continu 24-48V, analògica 0-10v o 4-20mA)

Programació d’autòmats

Implica desenvolupar què ha de fer, en quin ordre, identificar senyals, representar el sistema de control...

Diagrama de Contactes

Diagrama Lògic: portes lògiques àlgebra de Boole

Diagrama de Flux/ Ordinograma: Inici i fi del programa (Ovalo), Quadrat tombat (Entrada o sortida info dades), Rectangle (operacions i accions), Rombo (pressa de decisions, si/no)

GRAFCET: Etapa inicial(0), estat 1 amb diversos pulsadors oberts i una acció, estat dos amb una altra acció, fi de cursa i tornar a 0