AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL
La competitividad actual, en fuerte crecimiento en la industria, exige productos de alta calidad y consistentes a un precio competitivo. Para afrontar este desafío, muchas industrias consideran nuevos diseños de producto y técnicas de fabricación integradas, en paralelo al uso de dispositivos automatizados.
Uno de los movimientos más notables e influyentes para resolver este desafío es la automatización industrial. La automatización industrial facilita el aumento de la calidad del producto, la confiabilidad y el ritmo de producción, reduciendo los costos de producción y diseño mediante la adopción de tecnologías y servicios nuevos, innovadores e integrados.
¿Qué es la Automatización Industrial?
La automatización va un paso más allá de la mecanización, que utiliza un mecanismo particular de maquinaria asistida por operadores humanos para realizar una tarea. La mecanización es la operación manual de una tarea utilizando maquinaria motorizada que depende de la toma de decisiones humana.
Por otro lado, la automatización reemplaza la participación humana con el uso de comandos de programación lógica y maquinaria potente.
Jerarquía de un Sistema de Automatización Industrial
Los sistemas de automatización industrial pueden ser de naturaleza muy compleja, con un gran número de dispositivos que trabajan en sincronización con las tecnologías de automatización. La siguiente figura describe la disposición jerárquica del sistema de automatización con sus diferentes niveles.
Nivel de Campo
Es el nivel más bajo de la jerarquía de automatización e incluye los dispositivos de campo como sensores y actuadores. La tarea principal de estos dispositivos es transferir los datos de procesos y máquinas al nivel superior para su monitoreo y análisis. También incluye el control de los parámetros de proceso a través de los actuadores. Podemos describir este nivel como los ojos y los brazos de un proceso determinado.
Los sensores convierten los parámetros en tiempo real como temperatura, presión, caudal, nivel, etc. en señales eléctricas. Los datos de los sensores se transfieren al controlador para monitorear y analizar los parámetros en tiempo real. Algunos de los sensores son termopares, sensores de proximidad, RTD, caudalímetros, etc.
Por otro lado, los actuadores convierten las señales eléctricas (de los controladores) en medios mecánicos para controlar los procesos. Las válvulas de control de caudal, válvulas solenoides, actuadores neumáticos, relés, motores DC y servomotores son ejemplos de actuadores.
Nivel de Control
Este nivel está formado por varios dispositivos de automatización como máquinas CNC, PLC, etc., que adquieren los parámetros de proceso de los distintos sensores. Los controladores automáticos accionan los actuadores en función de las señales procesadas de los sensores y del programa o técnica de control.
Los Controladores Lógicos Programables (PLC) son los controladores industriales robustos más utilizados, capaces de ofrecer funciones de control automático basadas en la entrada de los sensores. Constan de varios módulos como CPU, I/O analógicas, I/O digitales y módulos de comunicación. Permiten al operador programar una función o estrategia de control para realizar determinada operación automática en el proceso.
Nivel de Supervisión y Control de Producción
En este nivel, los dispositivos automáticos y el sistema de monitoreo facilitan las funciones de control e intervención como la interfaz hombre-máquina (HMI), la supervisión de diversos parámetros, el establecimiento de objetivos de producción, el archivo histórico, el arranque y parada de máquinas, etc.
En este nivel se utilizan principalmente sistemas DCS (Sistema de Control Distribuido) o HMI SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos).
Nivel de Información o Empresarial
Es el nivel superior de la automatización industrial y gestiona todo el sistema de automatización. Las tareas de este nivel incluyen la planificación de la producción, el análisis de clientes y mercado, pedidos y ventas, etc. Se ocupa más de las actividades comerciales y menos de los aspectos técnicos.
Además, las redes de comunicación industrial son las más destacadas en los sistemas de automatización industrial: transfieren la información de un nivel a otro y están presentes en todos los niveles del sistema para proporcionar un flujo continuo de información. Esta red de comunicación puede ser diferente de un nivel a otro: algunas de estas redes son RS485, CAN, DeviceNet, Foundation Field bus, Profibus, etc.
De la jerarquía anterior podemos concluir que existe un flujo continuo de información del nivel alto al bajo y viceversa. Si lo representamos gráficamente, es como una pirámide en la que, al subir, la información se agrega y, al bajar, obtenemos información detallada del proceso.
Automatización Fija o Rígida
Este tipo de automatización se emplea para realizar operaciones fijas y repetitivas con el fin de lograr altas tasas de producción. Utiliza equipos especiales o dedicados para automatizar las operaciones de ensamblaje o procesamiento de secuencia fija. Una vez implementada, es relativamente difícil cambiar o variar el diseño del producto. Por lo tanto, es inflexible en cuanto a la variedad de productos, pero aumenta la eficiencia con mayores tasas de producción y reduce el costo unitario.
Algunos de estos sistemas automatizados son los procesos de destilación, los talleres de pintura y los transportadores.
Automatización Programable
En esta automatización, una clase específica de cambios de producto y también las operaciones de ensamblaje o procesamiento pueden modificarse cambiando el programa de control del equipo automatizado.
Esta automatización es la más adecuada para procesos de producción por lotes donde el volumen de producto es medio-alto. Pero resulta difícil cambiar y reconfigurar el sistema para un nuevo producto o secuencia de operaciones: un nuevo producto o la reconfiguración de la secuencia requiere una preparación larga.
Ejemplos de este sistema de automatización son las máquinas de control numérico, las fábricas de papel, los trenes de laminación de acero y los robots industriales.
Automatización Flexible o Soft
Este sistema de automatización proporciona equipos de control automático que ofrecen gran flexibilidad para realizar cambios en el diseño del producto. Estos cambios pueden realizarse rápidamente mediante comandos dados en forma de códigos por los operadores humanos.
Esta automatización permite a los fabricantes producir múltiples productos con diferentes gamas como un proceso combinado en lugar de por separado.
Algunos ejemplos de este sistema de automatización son los vehículos de guiado automático, los automóviles y las máquinas CNC multipropósito.
