Fundamentos de la Automatización Industrial y Sistemas de Control

¿Qué es la Automatización?

La automatización es la tecnología utilizada para realizar procesos o procedimientos sin la intervención directa de las personas.

Elementos básicos de un sistema automatizado

Para que un sistema se considere automatizado, debe contar con tres componentes fundamentales:

• Energía: Necesaria para completar el proceso y operar el sistema.
• Programa: El conjunto de instrucciones que dirigen el proceso.
• Sistema de control: El mecanismo encargado de ejecutar las instrucciones del programa.

Tipos de energía en la industria

La energía es el motor de cualquier sistema automatizado. Se clasifica principalmente en:

• Eléctrica.
• Mecánica.
• Térmica.
• Fuentes alternativas: Combustibles fósiles, hidráulica, solar y eólica.

Además, la energía es indispensable para las funciones de manejo de materiales, tales como la carga y descarga de los mismos.

Requerimientos de energía para la automatización

Se requiere energía específicamente para las siguientes funciones críticas:

1. Unidad de control: Los controladores modernos emplean energía eléctrica para leer las instrucciones del programa, realizar cálculos de control y ejecutar las instrucciones al transmitir comandos a los dispositivos actuadores.
2. Energía para activar las señales de control: Los comandos enviados por la unidad de control son llevados a cabo por dispositivos electromecánicos llamados actuadores. Los comandos comúnmente son transmitidos a través de señales de control de bajo voltaje.
3. Recolección y procesamiento de información: La información del sistema debe ser recolectada y usada como datos de entrada en los algoritmos de control. Además, puede ser necesario llevar registro del desempeño del proceso o la calidad del producto. Estas funciones necesitan energía, aunque en cantidades modestas.

Sistemas de control

El sistema de control de un sistema automatizado permite ejecutar el programa y lograr que el proceso realice su función definida. Los sistemas de control pueden ser de dos tipos:

• Sistemas de control de ciclo cerrado.
• Sistemas de control de ciclo abierto.

Sistemas de control de ciclo cerrado

En un sistema de control de ciclo cerrado, la variable de salida es comparada con un parámetro de entrada. Cualquier diferencia entre las dos (error) es usada para ajustar el sistema y lograr que la salida sea acorde con la entrada deseada.

Sistemas de control de ciclo abierto

Un sistema de control de ciclo abierto opera sin el ciclo de retroalimentación. No mide la variable de salida, por lo que no existe una comparación entre el valor real de la salida y el valor deseado definido en el parámetro de entrada.

Funciones avanzadas de la automatización

Existen funciones orientadas a la mejora del desempeño y la seguridad del equipo, tales como:

• Monitoreo de seguridad.
• Diagnóstico de mantenimiento y reparación.
• Detección de errores y recuperación de fallas.

Monitoreo de seguridad

Respuestas del sistema de seguridad:

• Detención inmediata del sistema.
• Encendido de alarmas sonoras.
• Reducción de la velocidad de los procesos.
• Toma de acciones correctivas para mitigar la violación de seguridad.

Tipos de sensores utilizados:

• De límite.
• Fotoeléctricos.
• De temperatura.
• De humo.
• De presión.
• De visión artificial.

Niveles de automatización

El concepto de sistemas automatizados puede ser aplicado a distintos niveles de las operaciones de una fábrica. Normalmente, asociamos la automatización con máquinas individuales; sin embargo, la producción de máquinas por sí misma está integrada por subsistemas que también pueden ser automatizados.

Podemos identificar cinco niveles posibles de automatización en una planta productiva, los cuales se explican en la siguiente figura: