Automatització programada

Explica què és un autòmat programable o PLC, on s'utilitza habitualment i quines tres operacions fa de manera repetida mentre està en marxa (llegir entrades, executar el programa, activar sortides).

Abans dels PLC, les automatitzacions es feien amb relés cablejats: canviar el procés exigia recablejar l'armari. Explica què va canviar amb l'arribada de l'autòmat programable i quin avantatge suposa «canviar el programa» respecte a «canviar el cablejat».

El PLC treballa repetint el «cicle de scan»: llegir les entrades, executar el programa i actualitzar les sortides. Explica aquest cicle amb les teves paraules i per què es repeteix moltes vegades per segon.

Les entrades d'un PLC reben senyals i les sortides governen elements. Classifica aquests elements com a possible entrada o possible sortida d'un autòmat: (a) un polsador de marxa, (b) un motor, (c) un sensor de presència, (d) una electrovàlvula, (e) un final de cursa i (f) un llum de senyalització.

Les entrades d'un PLC poden ser digitals (tot o res) o analògiques (un valor continu). Classifica aquests senyals com a entrada digital o analògica: un polsador de marxa, un sensor de presència, una sonda de temperatura de $0$ a $100\ ^\circ\text{C}$ i un detector de nivell per boia.

Les sortides d'un PLC governen relés o contactors. Explica què és un relé de sortida i per què fa falta entre l'electrònica de l'autòmat i un motor de potència (separar el circuit de comandament del de potència).

Una barrera d'aparcament funciona així: un sensor magnètic detecta un cotxe, l'autòmat comprova que la barrera està abaixada, activa el motor per pujar-la, espera uns segons que passi el cotxe i la torna a abaixar. Descriu aquesta seqüència com una llista ordenada de passos, assenyalant a cada pas si hi intervé una entrada, una decisió del programa o una sortida.

El procés d'una embotelladora segueix aquest cronograma: amb l'ampolla detectada ($t = 0\ \text{s}$), la cinta s'atura; als $0{,}5\ \text{s}$ s'obre la vàlvula d'ompliment durant $3\ \text{s}$; als $4\ \text{s}$ la cinta avança de nou. (a) Descriu la seqüència completa en passos ordenats. (b) Calcula quant de temps està aturada l'ampolla sota el broquet. (c) Raona per què la vàlvula no s'obre si no hi ha ampolla detectada (enclavament).

Un enclavament impedeix que la barrera d'un aparcament baixi mentre el cotxe està a sota. Explica què és un enclavament en la programació d'un autòmat, com s'aconsegueix que una sortida depengui d'una condició addicional (el senyal del sensor en sèrie lògica amb l'ordre de baixar) i per què es considera una mesura de seguretat.

En seguretat de màquines amb PLC regeix el principi de «seguretat positiva» (fail-safe): davant de qualsevol fallada d'energia o trencament de cable, el sistema ha d'evolucionar espontàniament a l'estat de menor risc.

1. a) Un instal·lador proposa connectar els polsadors de parada d'emergència com a contactes normalment oberts (NO), de manera que en prémer-los enviïn un «1» lògic a l'entrada del PLC. Justifica tècnicament el greu risc d'aquest plantejament enfront d'una desconnexió accidental del fil conductor.
2. b) Per a cadascun d'aquests tres sistemes, determina l'estat segur davant d'un tall elèctric total i selecciona el tipus d'actuador o mecanisme passiu necessari per garantir-lo sense intervenció de la CPU:

• Porta basculant de garatge de 200 kg.

• Cinta transportadora inclinada que eleva mineral.

• Premsa hidràulica d'estampació de xapa.

1. c) Explica per què la parada d'emergència mai no ha de dependre exclusivament del programa del PLC estàndard i com s'implementa a nivell de maquinari mitjançant relés de seguretat específics.

El fre de retenció del motor d'un ascensor és de tipus electromagnètic accionat per molles antagòniques: quan no hi ha corrent a la bobina, unes molles mecàniques pressionen les sabates contra el tambor; per alliberar el fre, la bobina s'ha d'energitzar.

1. a) Justifica per què aquest disseny respon al principi de seguretat positiva en comparació amb un fre que requereixi corrent per collar les sabates, analitzant què passaria davant d'un tret del diferencial o una fallada a la CPU del PLC.
2. b) Dissenya la seqüència d'activació/desactivació del motor i del contactor de fre en iniciar la marxa i en aturar-se en planta: per què no han de commutar exactament al mateix mil·lisegon si es vol evitar que la cabina caigui uns centímetres per gravetat o que el motor treballi frenat?
3. c) Determina com han de reaccionar el mecanisme d'obertura de portes i els actuadors de cabina davant d'una caiguda total de tensió de xarxa, i descriu com s'executa un rescat controlat.

Dissenya l'automatització completa mitjançant PLC d'una porta corredissa per a un aparcament de vehicles amb les següents condicions operatives:

• Accionament mitjançant motor reversible (senyals: Obrir / Tancar).

• Sensors de final de cursa de porta totalment oberta ($FC_A$) i totalment tancada ($FC_C$).

• Fotocèl·lula d'infrarojos a l'obertura de la porta ($FT$) i polsador d'obertura manual ($P$).

• Temporitzador de pausa amb porta oberta de 12,0 s abans d'iniciar el tancament automàtic.

1. a) Confecciona la taula d'assignació d'entrades i sortides del PLC, raonant per a cada sensor si s'ha de connectar físicament com a Normalment Obert (NO) o Normalment Tancat (NT) en funció de la seguretat davant del trencament de cable.
2. b) Dibuixa el diagrama d'estats (GRAFCET) del sistema, modelant amb precisió el comportament de seguretat: si la fotocèl·lula es talla durant el tancament, la porta s'ha d'aturar immediatament i reobrir-se del tot, reiniciant el compte de 12,0 s.
3. c) Afegeix a la lògica un intermitent d'avís que s'activi 2,0 s abans que la porta comenci a moure's i es mantingui encès durant tot el desplaçament.