Directorio Dirección editorial: Ian Lujano Aleman Coordinación editorial: Ian Lujano Aleman Coordinación técnica: Ian Lujano Aleman Colaboradores: Ian Lujano Aleman y Omar Lujano Aleman Director de arte y diseño: Omar Lujano Aleman Fotografía: Omar Lujano Aleman
Automatización es una revista con el objetivo primordial de obtener una buena calificación en la materia automatización de procesos industriales que imparte el profesor Arnulfo Amador Velazquez y paralelamente ofrecer información de los últimos meses en materia industrial. Queda prohibida la reproducción total o parcial del contenido de esta así como la venta. Automatización es una publicación bimestral con un tiempo de vida de un semestre. Domicilio de publicación Naucalpan de Juarez Boleta del director general: 2005601895 Secuencia de la materia: 7iv2
¿ Que es un sistema auomatizado ? La automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos. Un sistema automatizado consta de dos partes principales: La Parte Operativa es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada. Los elementos que forman la parte operativa son los accionadores de las máquinas como motores, cilindros, compresores ..y los captadores como fotodiodos, finales de carrera ... La Parte de Mando suele ser un autómata programable (tecnología programada), aunque hasta hace bien poco se utili-
Objetivos de la automatización Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costes de la producción y mejorando la calidad de la misma. Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos penosos e incrementando la seguridad. Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente. Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades necesarias en el momento preciso. Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes conocimientos para la manipulación del proceso productivo. Integrar la gestión y producción.
zaban relés electromagnéticos, tarjetas electrónicas o módulos lógicos neumáticos (tecnología cableada) . En un sistema de fabricación automatizado el autómata programable esta en el centro del sistema. Este debe ser capaz de comunicarse con todos los constituyentes de sistema automatizado.
Las nuevas tecnologías. Automatismo y control Las computadoras procesan y transfieren información manejando un lenguaje basado en el sistema binario. Esto es un sistema de numeración en base 2, que sólo maneja números cuyas cifras están compuestas por “0” y “1”. Desde el punto de vista de los circuitos de las computadoras, estos números se representan por dos posibles estados de voltaje: bajo (0 volt) y alto (5 volt). Si quisiéramos entonces que una computadora adquiera señales analógicas, como las que mencionamos que registra un velocímetro (o un voltímetro, etc.), entonces primero tendríamos que traducirlas al sistema binario o, lo que es lo mismo, deberíamos digitalizarlas. Para ello se emplea un conversor analógico-digital (ADC), que es un dispositivo electrónico capaz de convertir un voltaje eléctrico en un número binario. Los ADC a su vez asignan a las variaciones de voltaje un número que puede ser leído en una computadora (mediante un software) y se interpreta como el valor de la medición. La resolución es uno de los parámetros que caracteriza un ADC. La misma está dada por el número de bits con el cual opera y se relaciona con el número de particiones en las que se divide el rango de voltaje del ADC. Se define el LSB (del inglés, el bit menos significativo) como la variación de voltaje que produce un cambio en una unidad en la salida del ADC o, en otras palabras, el rango de voltaje asignado a cada bit. Su valor dependerá del número (n) de bits del ADC, como también del rango máximo de voltaje (VR) en el que trabaja. Generalmente el ADC también amplifica la señal de entrada antes de asignarle el entero correspondiente. Si llamemos A a este factor de amplificación, el LSB estará dado por: LSB = VR / (A•2n). Si tomamos como ejemplo un ADC de 3 bits (n = 3) que trabaja en un rango de 8 volt (VR = 8 V) y no amplifica la señal (A = 1), se obtiene a partir de la ecuación anterior, un LSB de 1 volt, como se ve en la siguiente figura:
Aquí vemos el diagrama del proceso de asignación de un número binario en un ADC de 3 bits que trabaja en un rango de – 4 / +4 volt. Suponiendo que la señal de entrada no es amplificada (A = 1), se tiene que LSB = 8V / 23 = 1V. Los ADC fueron una de las vías posibles para eliminar la brecha que existía entre instrumentos de medición y las computadoras, dando lugar a instrumentos de medición que pueden conectarse directamente en las ranuras internas de una computadora (slots). Estos instrumentos, llamados tarjetas de adquisición, se caracterizan, según mencionamos, por el número de bits que emplean para la conversión ADC, así como por la frecuencia de muestreo, el rango de voltajes máximos (amplificación) y el número de canales que se miden en paralelo. De esta manera, gracias al uso de un programa, el usuario puede realizar mediciones automatizadas, registrando señales con resolución suficiente y con una frecuencia de toma de datos adecuada para registrar con detalle las evoluciones temporales que se deseen, dentro de los límites disponibles (ancho de banda).
(Adaptado del manual de Instrumentación y control de National Instruments)Relación de compromiso entre la velocidad de muestreo y la resolución del instrumento. Se comparan las tarjetas de adquisición (ADC) con instrumentos electrónicos conectados a computadoras. Otra vía de adquisición controlada por computadoras que se desarrolló en paralelo está relacionada con el manejo, a través de una interface y de un protocolo de comunicación, de instrumentos de medición analógicos como por ejemplo un frecuencímetro o un puente de resistencias. El objetivo era poder controlar o adquirir las señales que estos instrumentos medían, que era la tarea específica para la que habían sido diseñados. La interface RS232, desarrollada en 1960 por la Electronic Industries Associations, convertida en un estándar en 1967 y revisada en 1987, aportó una solución a esta necesidad, que todavía resulta válida hoy en día. Casi la totalidad de los instrumentos de medición que se conectan a las computadoras para adquisición y control tienen esta interface, presente de igual modo en forma estándar en cualquier PC (la conexión para el mouse es una RS232). La RS232 es una interface serie, lo cual implica que va entregando cada bit en forma secuencial, uno tras otro. Para asegurarse de que ningún bit se pierda, ya sea de una orden de la computadora para que el instrumento mida determinada magnitud, o en determinado rango, etc., o de mediciones que el instrumento le transfiere a la computadora, existen otros bits que marcan el inicio y el final de una entrega de 7 u 8 bits. Para que todo funcione bien, hace falta que el instrumento y la computadora estén de acuerdo en la velocidad de transmisión y en el tamaño de los paquetes a transmitir, así como de las terminaciones a emplear. Uno de los inconvenientes de la RS232 es que puede resultar relativamente lenta (con velocidades de transmisión de 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 o 38400 bits por segundo), y que puede comunicarse con un
solo instrumento por conexión. Durante los años 70, la empresa HewlettPackard (HP) desarrolló otro tipo de interface, mucho más rápida (transmite a algo más de 1 Mbit/s) y con la posibilidad de controlar varios instrumentos en paralelo (¡hasta 15!). Esta interface, llamada originalmente HP-IB, convertida en un estándar en 1978 como GPIB-IEEE488 y revisada en 1987, conforma otra de las vías más empleadas para controlar varios instrumentos mediante una computadora. El bus de transmisión esta compuesto por 16 líneas que se agrupan en tres grupos según su función, ya sea de control, de datos o de uso general.
El uso de tarjetas de adquisición ADC o de interfaces como la RS232 o la IEEE488 permitió que los científicos pudieran entonces controlar y adquirir datos experimentales mediante una computadora y el programa adecuado (quick basic, Labview, etc.), evitando el error humano en la toma y transcripción de datos, permitiendo la reducción del ruido y el aumento de la resolución experimental al poder adquirirse un gran acilitando el procesado y el análisis de los resultados mediante programas que proveen las herramientas matemáticas para ediciones sin tener que estar conectados a una PC. Los datos son almacenados en una tarjeta de memoria portátil y luego pueden ser transferidos fácilmente a una PC por medio del puerto USB.
En que consiste automatizar un proceso industrial. Ariel perez La tendencia es que todos los procesos industriales estén “automatizados”. Pero el nivel de automatización puede variar sustancialmente, y depende mucho de los objetivos que se quieran cubrir. En general, un equipo electrónico cerca del proceso, PLC o controlador DCS, se encarga de realizar el control autónomo necesario. Y toda la información es comunicada a un PC que sirve como interfase de operador, tanto para monitoreo como para comando del proceso. Algunas de los aspectos que aporta la automatización y sobre los cuales debe decidirse al momento de realizar el diseño: Alambrado “blando”. Toda la funcionalidad del sistema se define en base al programa que reside en el PLC o controlador, y para modificarla simplemente se cambian líneas de código. A diferencia del cableado real en que se deben cambiar cables y equipos, como relés, temporizadores, controladores, etc. Registro. Permite ir dejando la historia de las variaciones de una variable o condición de proceso, para después ser mostrada en gráficas de tendencias o informes Monitoreo. Es la parte más simple, pero de todos modos muy relevante. A través de la navegación por diferentes pantallas, se puede mostrar enorme cantidad de información en un PC en la sala de control. Las alternativas son la instrumentación distribuida, o centralizada en duro, ambas impracticables por funcionalidad, pero la segunda además por costos de construcción y mantención. Comando remoto. Desde la sala de control. Del mismo modo en que se realiza el monitoreo. Manejo de condiciones de excepción o alarmas. El sistema puede manejar las excepciones tan sofisticadamente como sea necesario. Normalmente se definen prioridades, de tal modo que las alarmas menos importantes sólo se registran para su posterior análisis. Las alarmas de media prioridad llaman la atención del operador en la pantalla y generan algún sonido suave, mientras que las alarmas más críticas pueden generar una alarma sonora que anuncia al operador que debe tomar una acción inmediata. Seguridad de acceso. Es posible determinar qué usuarios tienen disponibles qué funciones. se protegen con password, y se pueden también hacer registros de auditoría para saber quién entró al sistema y qué comandos ejecutó Seguridad de operación. Se logra a través de los enclavamientos o interlocks necesarios, que evitan que determinado equipo funcione en condiciones inapropiadas para la seguridad de las personas, el proceso, o el propio equipo. Secuencias de operación. Pueden programarse secuencias de operación, que pueden basarse en tiempo o en condiciones a cumplir. Esto facilita la tarea del operador, y disminuye la probabilidad de operaciones incorrectas Distribución en redes. Así como la información y comandos están disponibles en la sala de control, a través de las redes informáticas hoy pueden estar disponibles en cualquier punto de la planta, incluso en forma inalámbrica, o a través de internet en cualquier parte del mundo. Normalmente la limitación práctica está dada por aprehensiones de quienes deben tomar la decisión, que por aspectos reales de seguridad.
Conectividad. Debe decidirse si todos los equipos de control de la planta estarán comunicados y serán funcionalmente integrados, o si se mantienen ciertas islas. Lo mismo aplica con los sistemas de control que pudieran ser parte del suministro de equipos mayores, que incorporan su propio sistema Instrumentación. Si bien la instrumentación podría considerarse como externo al sistema de control, su definición es clave. Puede utilizarse instrumentación tradicional alambrada, en cuyo caso las señales análogas normalmente estarán en un rango de 4 a 20 mA. O pueden utilizarse lo que se llama buses de campo. En ese caso, toda la instrumentación se comunica al PLC/DCS a través de buses de comunicación digital. Esto hace posible que pueda rescatarse del instrumento mucha más información Configuración y diagnóstico. Dos aspectos complementarios de la función primaria. Por ejemplo, en el caso de instrumentación inteligente, a través de los buses de campo pueden realizarse todas las funciones de configuración y sofisticadas funciones dediagnóstico Equipos eléctricos. Al igual que la instrumentación, equipos como relés de protección de motores, también pueden comunicarse digitalmente. Y aplican los mismos conceptos. Integración de otros sistemas. Finalmente pueden integrarse al sistema de control central, sistemas autónomos o complementarios como podrían ser: sistema de circuito cerrado de televisión, sistemas de incendio ( en este caso, manteniendo la seguridad necesaria), y otros. Por otra parte, la integración hacia los sistemas de gestión también puede ser variable. Desde sistemas básicos de apoyo a la operación, hasta lo que se conoce como sistemas MES (Manufacturing Execution Systems; Sistemas de Ejecución de Manufactura) que aportan verdadera “inteligencia” para realizar los procesos de manera óptima. Todo ello puede además comunicarse con los sistemas de gestión corporativos, como son los sistemas ERP (contabilidad, finanzas, etc.).
Ärea de automatización El área de automatización desarrolla actividades educativas de investigación y desarrollo y de extensión, en el área de sistemas dinámicos y sus aplicaciones al control automático, teoría de señales, identificación, modelamiento e Instrumentación. Dentro de las actividades educativas, el área de Automatización desarrolla cursos de pregrado involucrados dentro de los programas académicos de la Facultad de Ingeniería, y un curso de postgrado Itinerante. En el área de Investigación y desarrollo, del Programe ofrece asesoría y soporte en el desarrollo e implementación de nuevas técnicas en el área de instrumentación, identificación, tratamiento de señales, ajuste y diseño de controladores. La apertura ha mostrado que, a pesar de existir en el país, un elevado número de industrias en todos los campos de la producción, la gran mayoría no está en capacidad de competir en los Mercados Internacionales, tanto en cantidad como en calidad. La explicación salta a la vista cuando se observa y analiza el parque de máquina y equipo empleados. Este está formado por una amplia gama de tecnologías, la mayoría de ellas con una alta participación manual en sus procesos. Como resultado, su rendimiento es mínimo y no hay homogeneidad en los bienes producidos. El pretender reponer el parque industrial por aquel do alta tecnología do punta, os una tarea que raya en lo imposible para la casi totalidad de las empresas debido a los altos costos que ello representa. Se puede contar con los dedos de las manos las actuales empresas nacionales que podrían hacerlo. Sin embargo, lo anterior no debe ser una razón para permanecer en el actual estado do atraso. Existen soluciones viables para que cada uno de los grupos o niveles tecnológicos y aprovechando sus propias máquinas y equipos, Implanten una automatización acorde a sus condiciones. Para formar el recurso humano capaz de diseñar y dirigir esta labor, se ha estructurado el programa académico a nivel de Pregrado de Ingeniería en Automatización Industrial. Grado de automatización, Según la importancia de la automatización, se distinguen los siguientes grados: Aplicaciones en pequeña escala como mejorar el funcionamiento de una maquina en orden a: Mayor utilización de una máquina, mejorando del sistema de alimentación. Posibilidad de que un hombre trabaje con más de una máquina. Coordinar o controlar una
serie de operaciones y una serie de magnitudes simultáneamente. Realizar procesos totalmente continuos por medio de secuencias programadas. Procesos automáticos en cadena errada con posibilidad de autocontrol y autocorrecclón de desviaciones. Perfil Ocupacional Diseñar, desarrollarar implementar procesos de Automatización en Industrias y Agroindustrias, tanto elementales como complejas. Analizar, adaptar y crear tecnología en el campo de la Automatización Industrial y Agroindustrial. Prestar asesoría a le Industria en estudios de factibilidad tendientes a su modernización. Prestar asesoría al Estado en la definición de los planes de fomento y modernización de la Industria y la Agroindustrial. La mayor calidad en los productos so logra mediante exactitud de las máquinas automatizadas y por la eliminación de los errores propios del ser humano; lo que a su vez repercuten grandes ahorros de tiempo y materia al eliminarse la producción de piezas defectuosas.
La flexibilidad de las máquinas permite su fácil adaptación tanto a una producción individualizadas y diferenciada en le misma linee de producción, como mi cambio total de la producción. Esto posibilite una adecuación flexible a las diversas demandas del mercado. Por estas razones, la inversión en tecnología de automatización no puede ser considerada como cualquier otra Inversión, sino como una necesaria estrategia de competitividad, no Invertir en esta tecnología. Implica un riesgo alto de rápido desplazamiento por la competencia. Reconociendo esta nueva realidad del mercado, las inversiones en estas tecnologías se multiplican en Estados Unidos en la presente década, como se observa.