Sistemas de automatización industrial: PLC, SCADA, bus de campo y robots

Bus de campo

Bus de campo: Sistema de comunicación digital, bidireccional y multipunto, diseñado para conectar instrumentos y otros equipos de automatización en plantas industriales.

Conexión punto a punto

Conexión punto a punto: Cada dispositivo se conecta directamente al equipo de control, lo que minimiza la latencia y maximiza el determinismo.

Ventajas

• Baja latencia y alta velocidad de respuesta.
• Comunicación exclusiva y determinista.
• Facilidad de diagnóstico en sistemas pequeños.

Desventajas

• Escalabilidad reducida; costes de instalación y mantenimiento elevados.
• Dificultad para modificaciones y ampliaciones.
• Armarios de control muy voluminosos.

Conexión en bus de campo: Medio de comunicación compartido.

Ventajas del bus de campo

• Medio de comunicación compartido.
• Arquitectura descentralizada con estaciones remotas.
• Reducción del cableado y de los armarios centralizados.
• Comunicación avanzada.

Medios de transmisión

Cables de cobre (par trenzado, coaxial, bifilar), cable de fibra óptica, inalámbricos (radiofrecuencia, infrarrojos).

Selección del bus de campo

Factores a considerar: distancia de transmisión, velocidad de transmisión, cantidad de datos, número de dispositivos y determinismo.

SCADA

SCADA: Aplicación o conjunto de aplicaciones que se conectan a la planta a través de comunicación digital con los instrumentos y actuadores, ofreciendo al usuario una interfaz de alto nivel.

Componentes del sistema SCADA

1. Unidad de control: Componente principal; recopila datos, proporciona interfaz gráfica y gestiona alarmas.
2. Dispositivos de campo: Sensores (capturan datos del proceso) y actuadores (ejecutan acciones de control). Para facilitar la comunicación entre dispositivos de campo y la unidad central, se utilizan RTU y PLC.
3. Interfaz hombre-máquina (IHM): Interacción entre operadores y el sistema SCADA (visualización de datos, control de procesos y análisis).

Funciones principales del SCADA

• Supervisión: Monitorización en tiempo real, gestión de alarmas y eventos, supervisión continua del proceso.
• Control: Ejecución de acciones, acciones de control ejecutadas por el operador y control remoto.
• Adquisición de datos: Adquisición continua y fiable, almacenamiento en base de datos, interfaz hombre-máquina y explotación de datos para análisis y optimización.

Automatización

Automatización: Uso de tecnologías y sistemas para realizar tareas con la mínima intervención humana.

Sus objetivos: aumentar la productividad, mejorar la calidad, reducir costes, incrementar la seguridad y facilitar la toma de decisiones.

Sistema de control

Sensores: Recopilan datos sobre el estado del sistema.

Controlador: Analiza datos y toma decisiones.

Actuadores: Ejecutan las acciones físicas decididas por el controlador.

Norma UNE EN 62264-1

Define un modelo jerárquico de organización funcional sobre los niveles de control y supervisión de un sistema de automatización industrial.

Niveles según la norma

• Nivel 0 — Nivel de campo: Elementos que interactúan directamente con la producción (sensores, actuadores, motores).
• Nivel 1 — Nivel de control: Controladores locales (PLC, DCS), que procesan señales de entrada de los sensores y envían señales de salida a los actuadores.
• Nivel 2 — Nivel de supervisión: Supervisión, control y recopilación de datos procedentes de los dispositivos de control (computadoras, pantallas).
• Nivel 3 — Nivel de planificación: Gestión de la producción.
• Nivel 4 — Nivel de gestión empresarial: Gestión estratégica y administrativa.

Sistema, PLC y otros conceptos

Sistema: Conjunto organizado de elementos interrelacionados que interactúan para cumplir un objetivo común.

PLC: Controlador electrónico industrial programable, diseñado para ejecutar de forma cíclica y robusta la lógica de control de máquinas y procesos industriales en entornos severos. Compuesto por fuente de alimentación, CPU, entradas y salidas digitales, entradas y salidas analógicas.

Diagrama de estados: Representación gráfica del comportamiento dinámico de un sistema discreto, basada en la descripción de sus estados posibles y las transiciones entre ellos en función de eventos o condiciones.

Lenguaje de contactos: Conocido como Ladder; es un lenguaje gráfico de programación para el PLC, basado en la representación simbólica de la lógica de relés eléctricos.

Bus de campo: Sistema de comunicación digital, bidireccional y multipunto, diseñado para conectar instrumentos y otros equipos de automatización en plantas industriales.

SCADA: Aplicación o conjunto de aplicaciones que se conectan a la planta a través de comunicación digital con los instrumentos y actuadores, ofreciendo al usuario una interfaz de alto nivel.

PID: Algoritmo de control en lazo cerrado que calcula la acción de control a partir del error entre la referencia y la variable medida, combinando acciones proporcional, integral y derivativa.

Robot industrial: Manipulador mecánico multifuncional, reprogramable y controlado automáticamente, diseñado para mover materiales, piezas, herramientas o dispositivos a través de movimientos programados con varios grados de libertad.

Repetibilidad del robot: Capacidad de realizar el mismo trabajo múltiples veces en las mismas condiciones, con una dispersión mínima respecto a su posición inicial.