1.1.- AutomatizacinLa automatizacin es un sistema donde se trasfieren tareas de produccin, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnolgicos. Una definicin formal de la automatizacin en la industria seria la siguiente: Automatizacin es la tecnologa que trata de la aplicacin de sistemas mecnicos, electrnicos y de bases computacionales para operar y controlar la produccin. En la automatizacin tenemos el uso de elementos sistemticos (como control numrico (NC), controladores lgicos programables (PLC) y otros sistemas de control industrial relacionados con otras aplicaciones de la tecnologa de la informacin son muy utilizados para el control industrial de maquinaria y procesos, reduciendo la necesidad de intervencin humana. Existen tres tipos de automatizacin los cuales son: TIPO

CARACTERISTICAS PRINCIPALES Fuerte inversin inicial para equipo de ingeniera Altos ndices de produccin Relativamente inflexible en adaptarse a cambios en el producto

Automatizacin fija

Automatizacin programable

Fuerte inversin en equipo general ndices bajos de produccin para la automatizacin fija Flexibilidad para lidiar con cambios en la configuracin del producto Conveniente para la produccin en montones

Automatizacin flexible

Fuerte inversin para equipo de ingeniera Produccin continua de mezclas variables de productos ndices de produccin media Flexibilidad para lidiar con las variaciones en diseo del producto

1.1.1.- Evolucin de la automatizacin1

Para ver la evolucin de la automatizacin nos podemos remontar muchos siglos a.C ya que podemos tomar el principio de sustituir la accin directa del hombre en algn proceso por lo que podemos ir a los principios de cacera al implementar trampas de caza, despus en Egipto se implement lo que seran sistemas de medicin de tiempo o conocidos como relojes de agua. Uno de los sistemas automticos ms antiguos fueron mecanismos reguladores con flotador. Ya en los principios de nuestra era se encontraron escritos del siglo I d.c. donde Hern describa varios automatismos hidrulicos y neumticos. La evolucin de la automatizacin La mecanizacin fue la siguiente etapa necesaria para la evolucin hacia la automatizacin. La simplificacin del trabajo permitida por la divisin del trabajo tambin posibilit el diseo y construccin de mquinas que reproducan los movimientos del trabajador. A medida que evolucion la tecnologa de transferencia de energa, estas mquinas especializadas se motorizaron, aumentando as su eficacia productiva. El desarrollo de la tecnologa energtica tambin dio lugar al surgimiento del sistema fabril de produccin, ya que todos los trabajadores y mquinas deban estar situados junto a la fuente de energa. En la dcada de 1920 la industria del automvil combin estos conceptos en un sistema de produccin integrado. El objetivo de este sistema de lnea de montaje era abaratar los precios. A pesar de los avances ms recientes, ste es el sistema de produccin con el que la mayora de la gente asocia el trmino automatizacin. Un elemento esencial de todos los mecanismos automticos es el principio de realimentacin, que permite al diseador dotar a una mquina de capacidad de autocorreccin. El advenimiento del ordenador o computadora ha facilitado enormemente el uso de ciclos de realimentacin en los procesos de fabricacin. En combinacin, las computadoras y los ciclos de realimentacin han permitido el desarrollo de mquinas controladas numricamente (cuyos movimientos estn controlados por papel perforado o cintas magnticas) y centros de maquinado (mquinas herramientas que pueden realizar varias operaciones de maquinado diferentes). La aparicin de las combinaciones de microprocesadores y computadoras ha posibilitado el desarrollo de la tecnologa de diseo y fabricacin asistidos por computadora (CAD/CAM). Otro avance que ha permitido ampliar el uso de la automatizacin es el de los sistemas de fabricacin flexibles (FMS).Se emplea una computadora para supervisar y dirigir todo el funcionamiento de la fbrica, desde la programacin de cada fase de la produccin hasta el seguimiento de los niveles de inventario y de utilizacin de herramientas.2

Con esta relacin computadora- maquina fue cuando llegaron los PLC por los aos 50 y que desde entonces ha estado en constante evolucin la automatizacin, lo ms visible actualmente de la gran evolucin de la automatizacin en la industria es el uso de los robots. 1.1.2.- Mquinas automticas Una instalacin, sistema o mquina automtica es la que es capaz de funcionar sin la intervencin de ninguna persona, es decir, la que acta por un hecho determinado. Las mquinas automticas son equipos tambin fabricados por el hombre con algn propsito en especfico, pero que en este caso estn diseadas para hacer su tarea de modo autnomo, usualmente tiene algn componente computarizado donde est programada su tarea, y la realiza sin la supervisin continua de un operario, por ejemplo una bordadora computarizada. Si bien las mquinas automticas no requieren operador, requieren de alguna persona que peridicamente les brinde su respectivo mantenimiento, o correccin de alguna falla. Elementos de una maquina automtica:

Actuadore

Senso

La combinacion de todos estos elementos nos da como resultado infinidad de maquinas automaticas, solo por mencionar tenemos estas:

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Torno CNC

Maquina de serigrafa

Brazo robtico

1.1.3.- Autmatas (PLC) La funcin bsica de los PLC es la de reducir el trabajo del usuario a realizar el programa, es decir, la relacin entre las seales de entrada que se tienen que cumplir para activar cada salida, puesto que los elementos tradicionales (como rels auxiliares, de enclavamiento, temporizadores, contadores...) son internos. En un PLC sus partes fundamentales son CPU, memorias, sistema de Entradas y Salidas (E/S), alimentacin y terminal de programacin.

Alimentacin: es la encargada de convertir la tensin de la red, 220v corriente alterna, a baja tensin de corriente continua, normalmente a 24v. Siendo esta la tensin de trabajo en los circuitos electrnicos que forma el Autmata. La CPU: realiza el control interno y externo del autmata y la interpretacin de las instrucciones del programa. Memoria ROM: se almacenan programas para el correcto funcionamiento del sistema, como el programa de comprobacin de la puesta en marcha y el programa de exploracin de la memoria RAM. Memoria RAM: a su vez puede dividirse en dos reas: Memoria de datos: en la que se almacena la informacin de los estados de las entradas y salidas y de variables internas. Memoria de usuario: en la que se almacena el programa con el que trabajar el autmata.

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Sistema de Entradas y Salidas: recoge la informacin del proceso controlado (Entradas) y enva las acciones de control del mismo (salidas). Los dispositivos de entrada pueden ser Pulsadores, interruptores, finales de carrera, termostatos, presostatos, detectores de nivel, detectores de proximidad, contactos auxiliares, etc. Por su parte, los dispositivos de salida son tambin muy variados: Pilotos indicadores, rels, contactores, arrancadores de motores, vlvulas, etc. Terminal de programacin: El terminal o consola de programacin es el que permite comunicar al operario con el sistema. Las funciones bsicas de ste son las siguientes: Transferencia y modificacin de programas. Verificacin de la programacin. Informacin del funcionamiento de los procesos. Como consolas de programacin pueden ser utilizadas las construidas especficamente para el autmata, tipo calculadora o bien un ordenador personal, PC, que soporte un software especficamente diseado para resolver los problemas de programacin y control. Evolucin del PLC El desarrollo de los Controladores Lgicos Programables (PLCs) fue dirigido originalmente por los requerimientos de los fabricantes de automviles que estaban cambiando constantemente los sistemas de control en sus lneas de produccin para acomodarlos a sus nuevos modelos de carros. En el pasado, esto requera un extenso re-alambrado de bancos de relevadores un procedimiento muy costoso.

Aos 60s

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A finales de los aos 60, la industria estaba demandando cada vez ms un sistema de control econmico, robusto, flexible y fcilmente modificable. La razn principal de tal hecho fue la necesidad de eliminar el gran costo que se produca al reemplazar el complejo sistema de control basado en relevadores y contactores. En 1968 nacieron los primeros autmatas programables. El primer PLC fue creado por la marca MODICON y una de las personas que trabajo en el desarrollo de este fue Dick Morley

MODICON Modelo 084

Los ser o personal de mantenimiento.

"nuevos controladores" deban fcilmente programables por ingenieros de planta

El tiempo de vida deba ser largo y los cambios en el programa tenan que realizarse de forma sencilla. Finalmente se impona que trabajaran sin problemas en entornos industriales adversos. La solucin fue el empleo de una tcnica de programacin familiar y reemplazar los relevadores mecnicos por relevadores de estado slido. Aos 70s A mediados de los 70 las tecnologas dominantes de los PLCs eran mquinas de estado secuenciales y con CPU`s basadas en desplazamiento de bit. Quien patent, en 1974, el trmino PLC fue la marca ALLENBRADLEY (Hoy Rockwell Automation). Los microprocesadores convencionales aportaron la potencia necesaria para resolver de forma rpida y completa la lgica de los pequeos PLC's. Por cada modelo de microprocesador haba un modelo de PLC basado en el mismo. No obstante, el 2903 fue de los ms utilizados Aos 80s En los 80s se produjo un intento de estandarizacin de las comunicaciones con el protocolo MAP (Manufacturing Automation Protocol) de General Motor's.6

Tambin fue un tiempo en el que se redujeron las dimensiones del PLC y se pas a programar con programacin simblica a travs de computadoras personales en vez de los clsicos terminales de programacin. Aos 90s Los 90s mostraron una gradual reduccin en el nmero de nuevos protocolos, y en la modernizacin de las capas fsicas de los protocolos ms populares que sobrevivieron a los 80. El ltimo estndar (IEC 1131-3) intenta unificar el sistema de programacin de todos los PLC en un nico estndar internacional. Actualidad Los PLC's actuales pueden comunicarse con otros controladores y computadoras en redes de rea local, y son una parte fundamental de los modernos sistemas de control distribuido. Ahora disponemos de PLC's que pueden ser programados en diagramas de bloques, lista de instrucciones y texto estructurado al mismo tiempo, etc. Los PLCs ms modernos ya tienen un pantalla touch screen

Tipos de PLCs Debido a la gran variedad de tipos distintos de PLC, tanto en sus funciones, en su capacidad, en su aspecto fsico y otros, es que es posible clasificar los distintos tipos en varias categoras. Tipo de PLC Descripcin7

PLC tipo Nano

Generalmente PLC de tipo compacto (Fuente, CPU e I/O integradas ) que puede manejar un conjunto reducido de I/O, generalmente en un nmero inferior a 100.

PLC tipo Compactos

Estos PLC tienen incorporado la Fuente de Alimentacin, su CPU y mdulos de I/O en un solo mdulo principal y permiten manejar desde unas pocas I/O hasta varios cientos ( alrededor de 500 I/O ) , su tamao es superior a los Nano PLC y soportan una gran variedad de mdulos especiales, tales como:

entradas y salidas anlogas mdulos contadores rpidos mdulos de comunicaciones interfaces de operador expansiones de i/o

PLC tipo Modular

Estos PLC se componen de un conjunto de elementos que conforman el controlador final, estos son: Rack Fuente de Alimentacin CPU Mdulos de I/O

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1.2 Controladores lgicosLos sistemas electrnicos que reciben N variables binarias en sus entradas y generan N variables binarias de salida reciben el nombre de controladores lgicos con el objetivo de controlar productos y procesos industriales.

De acuerdo con la forma en que se utilizan las variables de salida se tiene: Un sistema de control en bucle abierto (Figura A): si las variables todo-nada de salida del producto o proceso industrial, y en su caso del controlador lgico, simplemente se visualizan para dar informacin a un operador humano.

Un sistema de control en bucle cerrado (Figura B): si las variables todonada de salida del producto o proceso industrial actan sobre el controlador para influir en la seales de control generadas por l.

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Para el estudio de los controladores lgicos tenemos la siguiente clasificacin por lo que nos enfocaremos posteriormente a los asncronos y sncronos

Ventajas y desventajas principales de controladores con:

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El progreso de la Microelectrnica a partir de 1970 hizo posible la realizacin de circuitos combinacionales programables que se caracterizan porque es posible cambiar su tabla de verdad sin necesidad de modificar el cableado entre los elementos que los constituyen, sino simplemente eliminando determinadas conexiones Un controlador lgico combinacional no permite realizar la generacin de variables de salida en funcin de una secuencia de estados de las variables de entrada. Surge por ello la necesidad de realizar sistemas con capacidad de memorizar las variables de entrada en forma de estado interno, para tomar decisiones en un instante en funcin del valor que tuvieron las variables de entrada en el pasado. Estos sistemas reciben el nombre de secuenciales y la forma ms inmediata de realizarlos es mediante la realimentacin de un sistema combinacional, tal como se indica en la figura.

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Otra forma de realizar un sistema secuencial es mediante la utilizacin de celdas bsicas de memoria denominadas biestables (Flip-flops), que son puestos a cero o a uno mediante un sistema combinacional. Se obtiene as un sistema secuencial como el representado en la figura. Segn el tipo de biestables utilizados, se tienen dos clases diferentes de sistemas secuenciales:

Los sistemas secuenciales asncronos (Asynchronous sequential systems) Los sncronos (Synchronous sequential systems).

1.2.1.- Sncronos Las limitaciones de los controladores lgicos asncronos indicadas en el apartado anterior provocaron el inters por buscar nuevos tipos de controladores lgicos que las superasen.12

Surgieron as los sistemas secuenciales realizados con celdas de memoria que se caracterizan porque el nivel lgico o el cambio de nivel lgico de sus variables de entrada solo actan sobre su estado interno en el instante en que se produce un determinado flanco activo en una entrada especial denominada de disparo (Trigger) o sincronismo a la que se conecta un generador de impulsos, tambin denominado reloj (Clock) que es un circuito electrnico que genera una seal que vara con el tiempo en forma de una onda cuadrada de frecuencia fija. Estas celdas binarias reciben el nombre de biestables sncronos (Flip-flops) y el conjunto de m biestables que tienen una entrada de control comn a todos, a la que se aplica la seal procedente del generador de impulsos, se denomina registro sncrono de entrada y salida en paralelo (Synchronous register). El esquema de bloques bsico de un sistema secuencial sncrono se representa en la figura.

1.2.2.- Asncronos Los sistemas secuenciales asncronos utilizan biestables en los que las variables de entrada actan sobre el estado interno del sistema en el mismo instante en que pasan a un determinado estado, o cambian de estado. Fueron los primeros en utilizarse para realizar sistemas de control lgico sencillos, pero sus limitaciones, entre las que cabe citar la dificultad para desarrollar mtodos sistemticos de diseo, ha hecho que prcticamente no se utilicen en la actualidad. Una forma ms fcil de definir estos controladores seria la siguiente: surge de la necesidad de disear sistemas de control capaces de tomar deciciones en en funcin del valor que las entradas tuvieron en el pasado o lo que es lo mismo en base a la secuencia de valores de las variables de entrada a lo largo del tiempo.13

1.3.- La automatizacin en la industriaAutomatizacin es la tecnologa que trata de la aplicacin de sistemas mecnicos, electrnicos y de bases computacionales para operar y controlar la produccin. Esta tecnologa incluye:

Herramientas automticas para procesar partes Mquinas de montaje automtico Robots industriales Manejo automtico de material y sistemas de almacenamiento Sistemas de inspeccin automtica para control de calidad Control de reaprovechamiento y control de proceso por computadora Sistemas por computadora para planear colecta de datos y toma de decisiones para apoyar las actividades manufactureras

La incorporacin al entorno industrial de los Avances Tecnolgicos proporciona: Aumento de la productividad, aumento de la calidad del producto, disminucin del tiempo de respuesta a cambios del mercado, reduccin significativa de costos, por lo tanto las redes de comunicacin permiten: Medio para la incorporacin de la ltima tecnologa a la industria. Integracin completa del proceso productivo (desde el operario a los gestores y clientes). Reduccin del tiempo de puesta en funcionamiento (40 % menos de cableado). Reduccin de costos por modificacin del sistema productivo. Automatizacin ms Robusta y Controlable. El gran nmero de ventajas que supone incorporar las comunicaciones a la produccin ha hecho que todos los procesos se integren en un sistema nico, lo que complica enormemente el diseo de dicho sistema; los requisitos en las distintas fases de produccin con respecto a las redes de comunicacin son muy distintos, por ejemplo en la fase de produccin se necesita: Tiempo real, inmunidad a ruidos e interferencias, adaptacin a riesgos especiales (p.e. explosin), simplificacin del cableado, etc. En la fase de diseo se necesita acceder a grandes cantidades de informacin (sistemas CAD, estudios de mercado, etc.... ) no siendo crtico el tiempo de respuesta. Los Gestores de la empresa necesitarn acceso a bases de datos (produccin, calidad, costes,...), comunicacin con los clientes, proveedores, etc. Por lo tanto solucin es jerarquizar los niveles de comunicacin, eligiendo los niveles segn sus requerimientos. Cada subsistema de un nivel debe tener comunicacin directa con los subsistemas del mismo nivel y con los de los niveles inmediatamente superior e inferior, por lo tanto se adopta una Jerarquizacin Piramidal.

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Nivel de Accin / Censado (nivel de clula): Tambin llamado nivel de instrumentacin. Est formado por los elementos de medida (sensores) y mando (actuadores) distribuidos en una lnea de produccin. Son los elementos ms directamente relacionados con el proceso productivo ya que los actuadores son los encargados de ejecutar las rdenes de los elementos de control para modificar el proceso productivo, y los sensores miden variables en el proceso de produccin, como por ejemplo: nivel de lquidos, caudal, temperatura, presin, posicin. Como ejemplo de actuadores se tienen los motores, vlvulas, calentadores. Nivel de Control (nivel de campo): En este nivel se sitan los elementos capaces de gestionar los actuadores y sensores del nivel anterior tales como autmatas programables o equipos de aplicacin especfica basados en microprocesador como robots, mquinas herramienta o controladores de motor. Estos dispositivos son programables y permiten que los actuadores y sensores funcionen de forma conjunta para ser capaces de realizar el proceso industrial deseado. Los dispositivos de este nivel de control junto con los del nivel inferior de accin/censado poseen entidad suficiente como para realizar procesos productivos por s mismos. Es importante que posean unas buenas caractersticas de interconexin para ser enlazados con el nivel superior (supervisin), generalmente a travs de buses de campo. Nivel de Supervisin (nivel de planta): En este nivel es posible visualizar cmo se estn llevando a cabo los procesos de planta, y a travs de entornos SCADA (Supervisin, Control y Adquisicin de Datos) poseer una imagen virtual de la planta de modo de que sta se puede recorrer de manera detallada, o bien mediante pantallas de resumen ser capaces de disponer de un panel virtual donde se muestren las posibles alarmas, fallos o alteraciones en cualquiera de los procesos que se llevan a cabo. Nivel de Gestin (nivel de fbrica): Este nivel se caracteriza por: Gestionar la produccin completa de la empresa, Comunicar distintas plantas, Mantener las relaciones con los proveedores y clientes, Proporcionar las consignas bsicas para el diseo y la produccin de la empresa, en l se emplean PCs, estaciones de trabajo y servidores de distinta ndole.

1.4.- Definicin de autmata programable15

Definicin 1 Entendemos por Autmata Programable, o PLC (Controlador Lgico Programable), toda mquina electrnica, diseada para controlar en tiempo real y en medio industrial procesos secuenciales. Su manejo y programacin puede ser realizada por personal elctrico o electrnico sin conocimientos informticos. Realiza funciones lgicas: series, paralelos, temporizaciones, contajes y otras ms potentes como clculos, regulaciones, etc. Definicin 2 Otra definicin de autmata programable sera una caja en la que existen, por una parte, unos terminales de entrada (o captadores) a los que se conectan pulsadores, finales de carrera, fotoclulas, detectores...; y por otra, unos terminales de salida (o actuadores) a los que se conectarn bobinas de contactores, electrovlvulas, lmparas..., de forma que la actuacin de estos ltimos est en funcin de las seales de entrada que estn activadas en cada momento, segn el programa almacenado. Definicin 3 Se entiende por controlador lgico programable (PLC), o autmata programable, a toda mquina electrnica diseada para controlar en tiempo real y en medio industrial procesos secuenciales. Definicin 4 Un PLC o Autmata Programable posee las herramientas necesarias, tanto de software como de hardware, para controlar dispositivos externos, recibir seales de sensores y tomar decisiones de acuerdo a un programa que el usuario elabore segn el esquema del proceso a controlar.

1.5 Campos de aplicacinUn autmata programable suele emplearse en procesos industriales que tengan una o varias de las siguientes necesidades: Espacio reducido. Procesos de produccin peridicamente cambiantes. Procesos secuenciales. Maquinaria de procesos variables. Instalaciones de procesos complejos y amplios. Chequeo de programacin centralizada de las partes del proceso. Aplicaciones generales: A. Maniobra de mquinas Maquinaria industrial del mueble y la madera. Maquinaria en proceso de grava, arena y cemento. Maquinaria en la industria del plstico. Maquinas-herramientas complejas. Maquinaria de ensamblaje. Mquinas de transferencia.16

A. Maniobra de instalaciones

Instalaciones de aire acondicionado y calefaccin. Instalaciones de seguridad. Instalaciones de almacenamiento y transporte. Instalaciones de plantas embotelladoras. Instalaciones en la industria automotriz Instalacin de tratamientos trmicos. Instalaciones de la industria azucarera.

1.6 Ventajas y desventajas de los PLCsEntre las ventajas tenemos:

Movilidad Flexibilidad Fcil instalacin para el usuario Estabilidad Menor tiempo de elaboracin de proyectos. Posibilidad de aadir modificaciones sin costo aadido

en otros componentes. Mnimo espacio de ocupacin. Mantenimiento econmico. Posibilidad de gobernar varias mquinas con el mismo autmata. Menor tiempo de puesta en funcionamiento. Si el autmata queda pequeo para el proceso industrial puede seguir siendo de utilidad en otras mquinas o sistemas de produccin. Se pueden programar en los siguientes lenguajes de programacin Bsicos

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Avanzados

Desventajas

La instalacin y el alto desempeo dependen de la instalacin elctrica Adiestramiento de tcnicos. Costo.

Al da de hoy los inconvenientes se han hecho nulos, ya que todas las carreras de ingeniera incluyen la automatizacin como una de sus asignaturas. En cuanto al costo tampoco hay problema, ya que hay autmatas para todas las necesidades y precios.

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