Conceptos Básicos de Automatización Industrial
CONCEPTOS BÁSICOS DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL
¿QUÉ ES LA AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL?
La automatización industrial es el uso de tecnologías para el control y monitoreo de procesos industriales, aparatos, dispositivos o máquinas, que por regla general son funciones repetitivas haciendo que funcionen automáticamente reduciendo al máximo la intervención humana.
Dicho de otro modo, se trata de automatizar las tareas y procesos repetitivos, fatigosos, o molestos y dejar que sean las máquinas quienes los hagan. Esto reduce el empleo de personas por ejemplo en ambientes contaminantes, reduce el estrés y la fatiga de los operarios y permite que las personas se ocupen de tareas con más alta cualificación.
Lo cierto es que la automatización de procesos también busca mejorar los tiempos de ciclo de producción de un producto, permitiendo producir más en menor tiempo, con menos errores y de manera repetitiva, garantizando la uniformidad en la calidad del producto final de un lote a otro.
Tecnologías que ayudan a la automatización de la industria moderna
Las tecnologías que han hecho posible el desarrollo de la industria moderna han sido:
- La electricidad y la electrónica industrial.
- La neumática industrial
- La oleo hidráulica
- Los PLCs (autómatas programables)
- El avance de las comunicaciones
- La robótica industrialCONCEPTOS BÁSICOSLa automatización de una máquina o proceso consiste en la incorporación de un dispositivo tecnológico que se encarga de controlar su funcionamiento. El sistema que se crea con la incorporación del dispositivo, denominado genéricamente automatismo, es capaz de reaccionar ante las situaciones que se presentan ejerciendo la función de control para la que ha sido concebido. Un sistema automatizado consta de: - La máquina o proceso que se quiere controlar.
- Una unidad de control encargada de ejecutar las acciones necesarias.
- Un conjunto de controladores o elementos de interfaz entre la máquina y el control.
La información que utiliza la unidad de control es recogida por un conjunto de elementos denominados captadores. Esta información es el resultado de los cambios que tienen lugar en el estado de la máquina o proceso como consecuencia de su función. Por otra parte, la unidad de control genera órdenes que se transmiten a la máquina a través de actuadores, que transforman dichas órdenes en magnitudes o cambios físicos en el sistema mediante la aportación de potencia.
En resumen, se trata de un proceso en lazo cerrado, en el que existe un flujo
continuo de información desde la máquina o proceso a la unidad de control y
viceversa. La información recibida en la unidad de control se trata según un método
especificado previamente que se conoce como algoritmo de control del sistema,
del que se obtienen las acciones que conducirán al funcionamiento de la máquina o
proceso.
Además, la unidad de control es capaz de proporcionar información ya
elaborada sobre el estado y evolución del sistema al operador del mismo. Por otra
parte el operador puede intervenir en el desarrollo del control mediante las
consignas que modifican los parámetros del algoritmo de control o tomar el mando
total pasando el sistema a control manual.
Tipos de energía para el mando
Según la naturaleza del automatismo empleado puede hablarse de
automatización mecánica, neumática, hidráulica, eléctrica y electrónica. Además
existen técnicas mixtas que son combinaciones de las citadas y que, en la práctica,
son las más habituales. 
Automatización mecánica
Los sistemas mecánicos suelen ser complicados -por la abundancia de
mecanismos- y de escasa flexibilidad. Por el contrario, la tecnología que regula su
funcionamiento es relativamente accesible al personal poco cualificado, lo que se
traduce en un montaje y mantenimiento económicos.
Los mecanismos que los componen son: ruedas dentadas y poleas para
transmisiones del movimiento de biela-manivela, piñón-cremallera, etc., para la
conversión del movimiento rectilíneo en circular
y viceversa; levas y palancas para la obtención de recorridos controlados, etc. (figura 34.2). Los grandes problemas de la automatización mecánica son: la longitud, en muchas ocasiones, de las cadenas cinemáticas, y, por supuesto, la sincronización de movimientos en los órganos móviles. Existe una gran variedad de automatismos mecánicos en la industria: desde las máquinas herramientas (tornos, fresadoras, limadoras), hasta los relojes mecánicos, pasando por los telares, motores de combustión interna y toda la maquinaria que formó parte de la revolución industrial.
Automatización neumática La técnica neumática admite infinidad de aplicaciones en el campo de la máquina herramienta, especialmente en los trabajos de fijación de piezas, bloqueo de órganos, alimentación de máquinas y movimiento lineal de órganos que no requieran velocidades de actuación rigurosamente constantes. Prácticamente la totalidad de las automatizaciones industriales tienen, como elementos de mando, instalaciones neumáticas (figura 34.3). Como principales ventajas del mando neumático cabe destacar: • La sencillez de los propios sistemas de mando: cilindros, válvulas, etc. • La rapidez de movimiento (respuesta) del sistema neumático. • La economía de los sistemas neumáticos una vez instalados. Y como inconvenientes: • La instalación requiere un desembolso económico añadido a la propia automatización. • El mantenimiento del estado del aire, ya que debe mantenerse perfectamente limpio y seco.
Automatización hidráulica Prácticamente lo dicho para la automatización neumática vale para la hidráulica, aunque con algunas diferencias; por ejemplo, el mando hidráulico es más lento que el neumático, sin embargo, es capaz de desarrollar más trabajo. La hidráulica se prefiere en sistemas que deban desarrollar más trabajo y no sea primordial la velocidad de respuesta. Este tipo de mando lo encontraremos en prensas, diversas máquinas herramientas, y por supuesto, en el automóvil: frenos, dirección e, incluso, suspensión.
Automatización eléctrica Dado que la energía eléctrica está disponible en cualquier instalación industrial, prácticamente cualquier máquina por sencilla que sea, va a tener algún tipo de automatismo eléctrico, encargado de gobernar los motores o como función de mando dentro de la propia máquina (figura 34.4). La técnica eléctrica se utiliza para control de movimiento (lineal o angular), en los casos en que se precisan velocidades constantes o desplazamientos precisos. Su gran ventaja es la disponibilidad de una fuente de energía eléctrica en prácticamente cualquier lugar. Los elementos de mando más comunes son los pulsadores, interruptores, conmutadores, finales de carrera, detectores fotoeléctricos, relés, temporizadores y contactores. Automatización electrónica Por supuesto, la llegada de la electrónica a la industria ha supuesto una verdadera revolución y ha permitido que la automatización industrial dé un paso de gigante. La base de este avance en la automatización ha sido el sistema digital, que ha desembocado en el ordenador y, naturalmente, en el autómata programable. El tipo de sistema de control electrónico más común, recibe el nombre de controlador secuencial, debido a su forma de actuación. Podemos resumir una serie de características propias a los procesos que se controlan de forma secuencial. • El proceso se puede descomponer en una serie de estados que se activarán de forma secuencial (variables internas). • Cada uno de los estados cuando está activo realiza una serie de acciones sobre los actuadores (variables de salida). • Las señales procedentes de los sensores (variables de entrada) controlan la transición entre estados. • Las variables empleadas en el proceso y sistema de control (entrada, salida internas), son múltiples y generalmente de tipo discreto, solo toman dos valores activado o desactivado. Por ejemplo, un motor solo estará funcionando o parado; un sensor situado sobre un cilindro neumático estará activado cuando esté el émbolo del cilindro situado a su altura y desactivado en caso contrario. En función de cómo se realice la transición entre estados, los controladores secuenciales pueden ser de dos tipos: asíncronos y síncronos. Asíncronos: La transición entre los estados se produce en el mismo instante en que se produce una variación en las variables de entrada. Síncronos: La transición a un determinado estado se produce en función de las variables de entrada sincronizadas mediante una señal de reloj de frecuencia fija, de forma que la transición entre estados solo se produce para cada señal de reloj.
Conclusión
Siendo los más ampliamente utilizados, el relé y el contactor no son los únicos componentes de los automatismos cableados; en automatización neumática e hidráulica se emplean válvulas y cilindros, en electroneumática, las electroválvulas, en electrónica los amplificadores operacionales y los circuitos lógicos combinacionales y secuenciales; sería imposible tratar todos ellos en un tema de estas características, aunque la mayoría se analizarán en temas posteriores
AUTORES
ISIS MAYERLIS MORENO MERCADO
VALENTINA ANDREA MESTRE ESPITIA
y viceversa; levas y palancas para la obtención de recorridos controlados, etc. (figura 34.2). Los grandes problemas de la automatización mecánica son: la longitud, en muchas ocasiones, de las cadenas cinemáticas, y, por supuesto, la sincronización de movimientos en los órganos móviles. Existe una gran variedad de automatismos mecánicos en la industria: desde las máquinas herramientas (tornos, fresadoras, limadoras), hasta los relojes mecánicos, pasando por los telares, motores de combustión interna y toda la maquinaria que formó parte de la revolución industrial.
Automatización neumática La técnica neumática admite infinidad de aplicaciones en el campo de la máquina herramienta, especialmente en los trabajos de fijación de piezas, bloqueo de órganos, alimentación de máquinas y movimiento lineal de órganos que no requieran velocidades de actuación rigurosamente constantes. Prácticamente la totalidad de las automatizaciones industriales tienen, como elementos de mando, instalaciones neumáticas (figura 34.3). Como principales ventajas del mando neumático cabe destacar: • La sencillez de los propios sistemas de mando: cilindros, válvulas, etc. • La rapidez de movimiento (respuesta) del sistema neumático. • La economía de los sistemas neumáticos una vez instalados. Y como inconvenientes: • La instalación requiere un desembolso económico añadido a la propia automatización. • El mantenimiento del estado del aire, ya que debe mantenerse perfectamente limpio y seco.
Automatización hidráulica Prácticamente lo dicho para la automatización neumática vale para la hidráulica, aunque con algunas diferencias; por ejemplo, el mando hidráulico es más lento que el neumático, sin embargo, es capaz de desarrollar más trabajo. La hidráulica se prefiere en sistemas que deban desarrollar más trabajo y no sea primordial la velocidad de respuesta. Este tipo de mando lo encontraremos en prensas, diversas máquinas herramientas, y por supuesto, en el automóvil: frenos, dirección e, incluso, suspensión.
Automatización eléctrica Dado que la energía eléctrica está disponible en cualquier instalación industrial, prácticamente cualquier máquina por sencilla que sea, va a tener algún tipo de automatismo eléctrico, encargado de gobernar los motores o como función de mando dentro de la propia máquina (figura 34.4). La técnica eléctrica se utiliza para control de movimiento (lineal o angular), en los casos en que se precisan velocidades constantes o desplazamientos precisos. Su gran ventaja es la disponibilidad de una fuente de energía eléctrica en prácticamente cualquier lugar. Los elementos de mando más comunes son los pulsadores, interruptores, conmutadores, finales de carrera, detectores fotoeléctricos, relés, temporizadores y contactores. Automatización electrónica Por supuesto, la llegada de la electrónica a la industria ha supuesto una verdadera revolución y ha permitido que la automatización industrial dé un paso de gigante. La base de este avance en la automatización ha sido el sistema digital, que ha desembocado en el ordenador y, naturalmente, en el autómata programable. El tipo de sistema de control electrónico más común, recibe el nombre de controlador secuencial, debido a su forma de actuación. Podemos resumir una serie de características propias a los procesos que se controlan de forma secuencial. • El proceso se puede descomponer en una serie de estados que se activarán de forma secuencial (variables internas). • Cada uno de los estados cuando está activo realiza una serie de acciones sobre los actuadores (variables de salida). • Las señales procedentes de los sensores (variables de entrada) controlan la transición entre estados. • Las variables empleadas en el proceso y sistema de control (entrada, salida internas), son múltiples y generalmente de tipo discreto, solo toman dos valores activado o desactivado. Por ejemplo, un motor solo estará funcionando o parado; un sensor situado sobre un cilindro neumático estará activado cuando esté el émbolo del cilindro situado a su altura y desactivado en caso contrario. En función de cómo se realice la transición entre estados, los controladores secuenciales pueden ser de dos tipos: asíncronos y síncronos. Asíncronos: La transición entre los estados se produce en el mismo instante en que se produce una variación en las variables de entrada. Síncronos: La transición a un determinado estado se produce en función de las variables de entrada sincronizadas mediante una señal de reloj de frecuencia fija, de forma que la transición entre estados solo se produce para cada señal de reloj.
Conclusión
Siendo los más ampliamente utilizados, el relé y el contactor no son los únicos componentes de los automatismos cableados; en automatización neumática e hidráulica se emplean válvulas y cilindros, en electroneumática, las electroválvulas, en electrónica los amplificadores operacionales y los circuitos lógicos combinacionales y secuenciales; sería imposible tratar todos ellos en un tema de estas características, aunque la mayoría se analizarán en temas posteriores
BIBLIOGRAFIA
AUTORES
ISIS MAYERLIS MORENO MERCADO
VALENTINA ANDREA MESTRE ESPITIA
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