Avui dia la tecnologia avança a passos de gegant, empesa tant per l'exigència de qualitat dels productes com per la competència entre marques.
En tots els sectors cal un creixement tecnològic i una millora i optimització permanent de tots els processos i productes.
Perquè la tecnologia avanci, i amb ella la societat, cal que les grans indústries investiguin i inverteixin en les seves plantes per disposar sempre de productes amb tecnologia punta i més qualitat.
Per complir tots aquests requisits cal tenir tots els processos controlats i automatitzats, i així aconseguir més producció i més qualitat.
A què ens referim quan parlem de processos automatitzats?
Per respondre aquesta pregunta cal definir l'automatització industrial: parlem d'automatització industrial per referir-nos a qualsevol intervenció automàtica que ajuda la indústria a millorar i optimitzar qualsevol procés.
Gràcies a la tecnologia actual, com els PLC, els SCADA i les comunicacions, és més senzill automatitzar qualsevol procés industrial.
Quins avantatges aporta l'automatització?
• Reducció de mà d'obra en els processos. En automatitzar maquinària o processos, la mà d'obra es redueix i les tasques s'optimitzen.
• Augment de la producció. Qualsevol procés automatitzat incrementa la producció gràcies a la simplificació de les tasques dels operaris i a les millores que s'hi apliquen.
• Reducció del manteniment. Un procés ben automatitzat i amb un seguiment preventiu correcte redueix els problemes tècnics i ajuda a millorar la producció i la qualitat.
• Garantia de qualitat. La qualitat de qualsevol procés automàtic millora, ja que es minimitzen els possibles errors humans. Per exemple, en un procés de verificació d'una peça que ha de validar el marge d'error de la mida a molt petita escala, una màquina ben ajustada funcionarà sempre igual, a diferència d'un operari.
Tota automatització, o pràcticament tota, s'ha de controlar a través d'un o diversos PLC.
Què és un PLC?
És un autòmat electrònic programable. El nom ve de l'anglès Programmable Logic Controller.
Aquest aparell pot controlar des d'una màquina senzilla fins a processos seqüencials en temps real, com qualsevol procés industrial de gran envergadura.
Cal programar el PLC mitjançant un programari amb les condicions necessàries per a cada aplicació perquè pugui funcionar correctament.
Els autòmats funcionen a través de terminals d'entrades i sortides, que poden ser digitals o analògiques.
Què vol dir això?
Vol dir que un autòmat pot llegir qualsevol tipus de sensor elèctric a través de les seves entrades, per exemple un polsador o un interruptor.
També pot llegir valors de tota mena de magnituds físiques a través de sensors analògics, per exemple un sensor de pressió, de temperatura o de nivell.
Com que disposa de sortides, també pot actuar sobre diferents elements: cilindres, motors, relés o contactors, i fins i tot sortides analògiques per regular vàlvules o, en el cas de la il·luminació, algun tipus de lluminària.
N'hi ha de diferents models i mides, sempre en funció de l'aplicació que cal automatitzar.
Algunes de les empreses més conegudes del món de l'automatització són:
Siemens, Rockwell (Allen-Bradley), Schneider Electric (Telemecanique) i Omron, entre d'altres.
Cadascuna té diferents models de PLC per a tota mena d'aplicacions, sempre adaptant-se a la necessitat.
Descripció de les parts d'un PLC:
Entrades: les entrades d'un PLC poden ser digitals o analògiques.
• Digitals:
Les entrades digitals normalment s'alimenten a 24 V DC. Són contactes que, en alimentar-se, activen un senyal intern al PLC que el programari pot tractar com a condició. Qualsevol botó, interruptor físic o sensor de proximitat pot activar una entrada digital.
• Analògiques:
Les entrades analògiques serveixen per llegir valors físics: temperatura, pressió, nivell, potenciòmetres... Hi ha dues maneres de lectura: per llaç de corrent (4-20 mA) o per tensió (0-10 V). Mitjançant la programació es converteix la lectura elèctrica, dins d'un rang, en el valor físic real.
Per exemple: una sonda de temperatura de 0 a 200 °C connectada a una entrada de corrent. El valor mínim d'entrada serà de 4 mA, que correspon a 0 °C.
En canvi, si la lectura arriba a 200 °C, el valor de l'entrada serà de 20 mA.
Sortides: les sortides d'un PLC poden ser digitals o analògiques.
• Digitals: n'hi ha de dos tipus.
- Relé: contactes mecànics de poca potència per actuar sobre actuadors de poc consum. El seu cicle de treball és molt més lent que el de les sortides de transistor.
- Transistor: contactes digitals molt ràpids. No es poden utilitzar per controlar potència; cal treballar amb relés d'adaptació. Els PLC amb aquest tipus de sortides tenen un preu més elevat. Es poden fer servir, per exemple, com a sortides de polsos per a variadors de freqüència o per a relés d'estat sòlid aplicats a resistències.
• Analògiques:
Les sortides analògiques són similars a les entrades analògiques però amb la funció inversa. Mitjançant un llaç de corrent (4-20 mA) o una tensió (0-10 V) s'envia un senyal a l'actuador. Per exemple, es pot utilitzar una sortida analògica per donar la consigna de velocitat a un variador de freqüència. D'aquesta manera es pot fer qualsevol regulació física des del mateix PLC.
Avui l'automatització ha evolucionat tant que va lligada a la paraula connectivitat, i per això el PLC no és l'únic element important. Un PLC es pot controlar a través de diferents programaris integrats en pantalles o ordinadors.
Aquests programes, que serveixen per controlar i visualitzar tots els processos automàtics que fa el PLC, s'anomenen programari HMI o SCADA.
El programari HMI (interfície home-màquina) s'integra en una pantalla, per exemple tàctil. La seva funció és controlar tot el PLC des d'una pantalla propera al procés automàtic, amb un control visual i tàctil de tot el procés.
Aquest tipus de programari integrat en pantalles permet accedir ràpidament als paràmetres del procés o de la màquina i simplifica la feina de l'operari a l'hora de fer qualsevol operació.
A diferència dels HMI, els SCADA són programaris més complexos que solen instal·lar-se en un ordinador. Són similars als HMI però més potents: a través de pantalles més complexes es poden controlar i visualitzar no només un procés o una màquina, sinó plantes industrials senceres amb diversos processos.
Els SCADA solen integrar-se en diferents punts de control de les plantes industrials, ja que es poden controlar i visualitzar des de diferents ordinadors. Així es pot tenir el control total de tots els PLC d'una planta, o via internet de plantes situades en altres llocs.
Amb tots dos tipus de programari es poden fer diferents funcions: control d'actuadors i detecció de sensors, visualització de gràfiques i històrics, exportació i importació de dades, control d'alarmes i errors de procés, gestió d'usuaris i moltes altres aplicacions.
Hi ha diferents SCADA, com WinCC de Siemens, Vijeo Citect, FactoryTalk View (RSView) de Rockwell Automation, InTouch d'AVEVA (Wonderware) o Ignition d'Inductive Automation, entre d'altres.
Les pantalles HMI i els SCADA es poden comunicar de diferents maneres, per exemple:
Ethernet, AS-i, PROFIBUS, PROFINET, Modbus, Fieldbus...
Cadascuna té els seus avantatges.
Avui dia tots els PLC tendeixen a comunicar-se amb les seves pantalles a través d'Ethernet (TCP/IP), ja que ofereix una gran velocitat de transferència i una gran amplada de banda. També permet connectar qualsevol equip via internet per tenir-ne el control total des de qualsevol punt.
A continuació s'expliquen alguns dels tipus de comunicacions que existeixen:
• AS-i (Actuator Sensor Interface):
A nivell de camp és el més senzill de controlar i molt ràpid (cicles de 5 ms). Es poden connectar fins a 31 esclaus (62 amb adreçament ampliat A/B) al bus mestre-esclau.
Transmet paquets de 4 bits i es pot fer servir en trams de fins a 100 m de longitud, ampliables amb repetidors.
• Sistema PROFIBUS:
És el sistema de comunicació industrial estandarditzat més utilitzat i un estàndard europeu de referència en busos. Admet un màxim de 127 punts de connexió i funciona amb el sistema de pas de testimoni (token passing). Utilitza dos fils trenats amb una longitud màxima de 1200 m per segment (ampliable amb repetidors) i pot transmetre fins a 246 bytes en cicles de 90 ms.
S'utilitza en perifèria distribuïda per connectar instrumentació o diferents equips entre si.
• Sistema PROFINET:
És un estàndard d'Ethernet industrial. Combinant la tecnologia PROFIBUS amb el sistema convencional Ethernet s'han aconseguit millores en la comunicació.
Actualment tots els sistemes PLC, la instrumentació i les E/S tendeixen a integrar aquest sistema.
A més de les característiques de PROFIBUS, s'han millorat:
Nombre de nodes pràcticament il·limitat, més escalabilitat, compatibilitat total amb TCP/IP i connexió web o internet en temps real. Connexionat estandarditzat gràcies a la connexió Ethernet convencional i mode de comunicació sense fil amb protocols de seguretat, que evita un cablejat extens.
• Sistema EtherCAT:
És un estàndard obert (IEC 61158) que utilitza els protocols Ethernet. Avui és un dels sistemes de comunicació industrial més ràpids. El nom ve d'Ethernet for Control Automation Technology.
Pot enviar i rebre paquets de dades al vol: no cal enviar una petició de dades per rebre-les.
Està pensat per treballar en entorns industrials, i la seva velocitat de comunicació es mesura en μs (microsegons).
S'utilitza en processos industrials complexos on cal processar i treballar amb una gran quantitat de dades en temps molt curts.
• Sistema Modbus:
Estandarditzat industrialment, aquest sistema mestre-esclau (client-servidor en Modbus TCP) es pot utilitzar sobre RS-232, RS-485 o Ethernet.
El mestre envia peticions que l'esclau ha de respondre. S'utilitza en instrumentació per llegir sensors, variadors, PLC... El mestre també pot enviar peticions per controlar paràmetres senzills de qualsevol aparell connectat via Modbus. Es poden connectar fins a 247 esclaus a un mateix mestre, i la transmissió de dades es fa en mode ASCII o RTU.
Per acabar, cal remarcar que l'automatització anirà cada vegada més lligada a la indústria. A poc a poc s'integra en qualsevol procés nou i els processos obsolets s'actualitzen per millorar contínuament qualsevol producte.
Indústria 4.0 i IIoT: el pas següent
L'automatització ja no es limita a controlar màquines i processos: avui també consisteix a aprofitar les dades que generen. És el que es coneix com a Indústria 4.0 o IIoT (internet industrial de les coses): connectar autòmats, sensors i sistemes SCADA per disposar d'informació fiable en temps real.
Amb les dades de planta ben recollides i organitzades és possible:
- Calcular indicadors com l'eficiència de les línies (OEE), els temps d'aturada o els consums per producte.
- Passar d'un manteniment correctiu a un de preventiu o predictiu, detectant desviacions abans que provoquin una avaria.
- Garantir la traçabilitat de cada lot: quina recepta s'ha fet servir, quins valors de procés s'han registrat i qui hi ha intervingut.
- Reduir el consum energètic ajustant el funcionament de bombes, motors i equips d'escalfament.
Com començar un projecte d'automatització?
No cal abordar-ho tot alhora. La nostra recomanació és començar amb una anàlisi de la instal·lació existent i dels objectius del client, definir una primera fase acotada amb resultats mesurables i créixer a partir d'aquí. Una arquitectura oberta i ben plantejada des del principi evita haver de refer la feina més endavant.
Si esteu valorant automatitzar un procés o modernitzar una instal·lació, contacteu amb nosaltres i estudiarem el vostre cas sense compromís.