Fundamentos de Control y Comunicación en Sistemas Automatizados Industriales

Tipos de Control en Sistemas Automatizados

Control Centralizado

El control se realiza normalmente utilizando un solo autómata. Su principal ventaja es que representa la opción más económica.

Control Distribuido

Consiste en utilizar varios autómatas, donde cada uno se encarga de controlar una parte específica del proceso. La ventaja principal es que, si falla un autómata, los otros pueden seguir funcionando sin que se detenga el proceso completo.

Control Híbrido

Frecuentemente se utilizan sistemas a medio camino entre el control centralizado y el distribuido, con el objetivo de aprovechar las ventajas de ambos enfoques.

Niveles de Automatización Industrial (Pirámide CIM)

Nivel Actuador/Sensor (Nivel 0)

Es el nivel más bajo de la pirámide de automatización. Aunque su labor es muy importante, los dispositivos en este nivel (sensores y actuadores) generalmente no son programables.

Nivel de Proceso o Nivel de Campo (Nivel 1)

En este nivel se encuentran elementos como PLC (Controladores Lógicos Programables), controles numéricos (CNC) o robots. Para comunicar estos elementos entre sí, se emplean redes de comunicación industriales.

Nivel de Célula o Nivel de Control (Nivel 2)

Cuando la línea de fabricación tiene cierta complejidad, se hace necesario disponer de ordenadores o pantallas de visualización (HMI) que permitan la interacción hombre-máquina para la supervisión y el control.

Nivel de Fábrica o Nivel de Gestión (Nivel 3)

En fábricas totalmente automatizadas, los gestores necesitan toda la información relativa a la producción de las líneas para la toma de decisiones estratégicas.

Topologías de Red en Sistemas de Automatización

Conexión Punto a Punto

Cuando la línea de fabricación es sencilla, la conexión suele ser punto a punto. Sus principales ventajas son:

• No hace falta incluir la dirección de origen ni la de destino en la comunicación.
• Se monta con facilidad.
• Si un nodo falla, el resto de los nodos siguen funcionando.

Topología de Bus

Es una línea a la que se conectan todos los elementos que se van a comunicar. Solo un mensaje puede circular por la red a la vez; si en ese momento otro nodo emite un mensaje, se produce una colisión. Su principal ventaja es el ahorro de cable.

Topología de Árbol

Se forma cuando se conectan varios buses, creando una estructura ramificada.

Topología de Anillo

Se crea cuando los dos extremos de un bus se unen. La información avanza en un solo sentido y se admite que circule más de un mensaje simultáneamente. La ventaja principal es que no se producen colisiones.

Topología de Estrella

En esta topología, todos los elementos se conectan a un nodo central o hub.

Ventajas:

• Fácil montaje y ampliación de la red.

Desventajas:

• Si el hub central falla, toda la red deja de funcionar.

Buses de Campo en Automatización Industrial

Un bus de campo es un sistema de comunicación digital, bidireccional y multipunto que conecta los distintos elementos de un sistema de automatización (sensores, actuadores, controladores) y permite un intercambio de información entre ellos. Una de sus principales ventajas es la reducción del tiempo de montaje y del cableado.

AS-Interface (AS-i)

Se utiliza principalmente en el nivel más bajo de la pirámide de automatización (nivel actuador/sensor). La conexión entre los dispositivos puede ser en topología de estrella, línea (bus), rama o árbol.

Profibus

Es un bus de campo muy utilizado en Europa y está recogido en la norma DIN E 19245. Este bus trabaja comúnmente en modo maestro-esclavo.

Ethernet Industrial

Es un estándar de transmisión de datos adaptado para entornos industriales. Cada dispositivo se direcciona mediante una dirección única (como la dirección MAC o IP). Es importante destacar que una caída en la red Ethernet utilizada para control puede tener graves consecuencias en la línea de producción.