Fundamentos de la Automatización Industrial: Evolución y Componentes Clave

Evolución de los Sistemas de Control

La automatización ha transformado la industria a través de distintas fases. A continuación, se detallan las tres etapas clave en la evolución de los sistemas de control:

• Control Manual: Esta etapa inicial implica una fuerte dependencia del factor humano. Aunque fundamental en sus inicios, es inherentemente poco eficaz y menos rentable debido a la variabilidad y limitaciones humanas.
• Control Mediante Tecnología Cableada: Representó un avance significativo al eliminar o reducir drásticamente el factor humano, mejorando las condiciones operativas. Sin embargo, estos sistemas son poco flexibles y su mantenimiento resulta costoso, ya que cualquier modificación requiere recableado físico.
• Control Programable: La era actual de la automatización. Es la opción más ventajosa por múltiples razones:
  • Elimina totalmente el factor humano en la ejecución de tareas repetitivas o peligrosas.
  • Sustituye eficientemente los complejos y rígidos sistemas cableados.
  • Ofrece una total flexibilidad y versatilidad, permitiendo cambios en la lógica de control mediante software.
  • Los costes de mantenimiento son significativamente bajos una vez implementado el sistema.

Características de un Sistema Automatizado

Un sistema automatizado moderno se distingue por las siguientes cualidades esenciales:

• Alta Fiabilidad: Garantizada por un control preciso y una eficacia operativa constante.
• Minimización de Tiempos de Espera: Optimiza los flujos de trabajo y reduce los cuellos de botella.
• Reducción de Tiempos de Parada: Mejora la disponibilidad de la maquinaria y la productividad general.
• Alta Seguridad: Diseñado para operar en condiciones seguras, protegiendo tanto al personal como al equipo.
• Adaptabilidad: Capaz de operar en entornos y realizar trabajos considerados hostiles o peligrosos para el ser humano.

Partes de un Proceso de Automatización

Todo proceso de automatización se compone fundamentalmente de dos partes interconectadas:

• Parte Operativa: Es el componente físico del sistema. Comprende los útiles y actuadores (motores, cilindros, válvulas, etc.) encargados de mover y manipular el sistema automatizado. Es la parte que ejecuta las órdenes dadas por la parte de mando y proporciona información sobre el estado del proceso.
• Parte de Mando: Considerada el "cerebro" del sistema. Es la encargada de coordinar los diferentes tipos de diálogo:
  • Diálogo Hombre-Máquina (HMI).
  • Diálogo Máquina-Máquina.
  • Diálogo Máquina-Otras Máquinas (redes de comunicación).
  Además, memoriza e interpreta el conjunto de informaciones recibidas para elaborar y enviar las órdenes necesarias a la parte operativa.

Elementos Empleados en un Proceso de Automatización

Para que un sistema automatizado funcione, se requieren diversos componentes:

Accionadores (Actuadores)

Dispositivos que convierten la energía (eléctrica, neumática, hidráulica) en movimiento o acción física:

• Motores (eléctricos)
• Cilindros (neumáticos/hidráulicos)
• Válvulas
• Resistencias de calor
• Electroimanes

Preaccionadores (Preactuadores)

Elementos que controlan o regulan la energía que llega a los accionadores:

• Contactores
• Variadores de velocidad
• Relés

Autómata Programable (PLC) y su Diagrama de Bloques

Un Autómata Programable (PLC - Programmable Logic Controller) es el componente inteligente central de un sistema de control. Se posiciona estratégicamente entre la máquina que realiza el proceso y el operario que lo supervisa. Su función principal es ejecutar todas las tareas de control de forma autónoma, siguiendo las instrucciones preestablecidas en su programa interno.

CPU (Unidad Central de Procesamiento)

La CPU es el "cerebro" del autómata programable. Sus responsabilidades incluyen:

• Recibir órdenes del operario a través de la consola de programación y del módulo de entradas.
• Procesar estas órdenes y las señales de entrada para generar las respuestas adecuadas.
• Enviar las respuestas procesadas al módulo de salidas para activar los actuadores.

La CPU está compuesta principalmente por un microprocesador y una memoria:

• Microprocesador: Procesa las señales recibidas desde las entradas y actúa según las instrucciones programadas, enviando comandos a los módulos de salida.
• Memoria: Almacena el programa destinado a controlar el proceso. Se distinguen dos tipos principales:
  • RAM (Random Access Memory): Memoria volátil que se borra al cesar la alimentación eléctrica. Se utiliza para datos temporales y variables de programa.
  • EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) / EEPROM / Flash: Memoria no volátil que conserva su contenido incluso sin alimentación eléctrica. Ideal para almacenar el programa principal del autómata.

Funciones Principales de un Equipo de Programación

Un equipo de programación (software y hardware) para autómatas programables ofrece diversas funcionalidades cruciales:

• Escritura del Programa de Usuario: Permite crear y modificar el código del programa, ya sea directamente en la memoria del autómata o en una memoria auxiliar del propio equipo de programación.
• Verificación Sintáctica y Formal: Realiza comprobaciones automáticas para asegurar que el programa cumple con las reglas del lenguaje de programación y la estructura lógica.
• Edición y Documentación: Facilita la organización, anotación y generación de informes del programa o aplicación, mejorando su legibilidad y mantenimiento.
• Almacenamiento y Gestión: Permite guardar, organizar y recuperar programas completos o bloques específicos de código.
• Transferencia de Programas: Posibilita la carga de programas desde el equipo de programación al autómata y la descarga de programas desde el autómata al equipo.
• Gestión de Errores: Proporciona herramientas para identificar fallos en el autómata, ofrece ayudas para su localización y corrección, y permite el reinicio del sistema tras resolver los problemas.

Módulos de Entrada y Salida

Características del Módulo de Entrada Digital

Estos módulos son esenciales para captar señales discretas (todo-nada) que varían su estado ante cambios de tensión. Es decir, la CPU detecta un "uno lógico" cuando el valor de tensión es máximo (presencia de señal) y un "cero lógico" cuando el valor es mínimo (ausencia de señal). Actúan como la interfaz entre los sensores (pulsadores, finales de carrera, etc.) y la CPU del autómata.

Características del Módulo de Salida Analógica

Los módulos de salida analógica son responsables de adaptar las señales de salida del autómata a los requerimientos de los actuadores analógicos conectados a sus bornes (por ejemplo, variadores de frecuencia, válvulas proporcionales). Convierten las señales digitales internas del PLC en señales analógicas (corriente o tensión) que pueden controlar dispositivos con rangos continuos de operación.