Hoy en día la tecnología avanza a pasos agigantados a causa tanto de las necesidades de calidad de los productos como de la propia competencia entre marcas.
En todos los sectores es necesario tener un crecimiento tecnológico así como una mejora y optimización permanente de todos los procesos o productos que se crean.
Para que la tecnología avance, y con ella la sociedad, es necesario por parte de las grandes industrias hacer investigaciones e inversiones en sus plantas para tener siempre productos con tecnología punta y mayor calidad.
Para cumplir todos los requisitos como mayor calidad y optimización con tecnología punta es necesario tener todos los procesos controlados y automatizados para así poder tener una mayor producción y mejor calidad.
¿A qué nos referimos con tener los procesos automatizados?
Para responder a esta pregunta es necesario definir la automatización industrial: hablamos de automatización industrial como cualquier intervención automática que ayuda a la industria a mejorar y optimizar cualquier proceso que se realice.
Gracias a la tecnología que existe hoy en día, como los PLC, SCADA y las comunicaciones, es más sencillo automatizar cualquier proceso industrial que se estime oportuno.
¿Qué ventajas aporta la automatización?
• Reducción de mano de obra en los procesos. Al automatizar maquinaria o procesos, la mano de obra se ve reducida y se optimizan las tareas.
• Aumento de la producción. Cualquier proceso automatizado incrementa la producción gracias a la simplificación de las tareas de los operarios y las mejoras que se aplican.
• Reducción del mantenimiento. Cualquier proceso bien automatizado y con un seguimiento preventivo correcto reducirá los problemas técnicos en el proceso y ayudará a mejorar la producción y la calidad.
• Garantía de calidad. La calidad de cualquier proceso automático mejorará, ya que se minimizan los posibles errores de personal. Por ejemplo, en un proceso de verificación de una pieza en el que sea necesario validar el error del tamaño a muy pequeña escala, un proceso automático controlado por una máquina con un ajuste idóneo siempre debería funcionar igual, a diferencia de un operario.
Toda automatización, o prácticamente toda, debe controlarse a través de uno o varios PLC.
¿Qué es un PLC?
Es un autómata electrónico programable. Su nombre viene de las palabras inglesas “Programmable Logic Controller”.
Este aparato realiza diferentes funciones como controlar desde una simple máquina a procesos secuenciales en tiempo real, como cualquier proceso industrial de gran envergadura.
Es necesario programar este PLC a través de un software con las condiciones necesarias en cada aplicación para que pueda funcionar correctamente.
Los autómatas funcionan a través de terminales de entradas y salidas. Estas pueden ser digitales o analógicas.
¿Qué se quiere decir con esto?
Quiere decir que un autómata puede leer cualquier tipo de sensor eléctrico a través de sus entradas, como por ejemplo un pulsador o un interruptor eléctrico.
También puede leer valores de todo tipo de condiciones físicas a través de sensores analógicos como por ejemplo un sensor de presión, de temperatura, de nivel…
Al disponer de salidas, también puede actuar sobre diferentes objetos como por ejemplo cilindros, motores, contactos como por ejemplo relés o contactores e incluso salidas analógicas para regular válvulas o, en el caso de la iluminación, algún tipo de luminaria.
Existen diferentes modelos y tamaños, siempre referentes a la aplicación a automatizar.
Algunas de las empresas más conocidas en el mundo de la automatización son:
Siemens, Rockwell (Allen-Bradley), Schneider Electric (Telemecanique), Omron, entre otras.
Cada una de las empresas tiene diferentes modelos de PLC para todo tipo de aplicaciones siempre adaptándose a la necesidad.
Descripción de las partes de un PLC:
Entradas: Las entradas de un PLC pueden ser digitales o analógicas.
• Digitales:
Las entradas digitales se alimentan normalmente a 24 VDC. Son contactos que al alimentarlos activan una señal interna en el PLC. Esta señal puede ser tratada por software como condición en un programa. Cualquier botón, interruptor físico o sensor de proximidad, por ejemplo, puede activar una entrada digital.
• Analógicas:
Las entradas analógicas son entradas para leer valores físicos. Por ejemplo lecturas de temperatura, presión, nivel, potenciómetros… Hay dos maneras de lectura, por bucle de corriente (4-20 mA) o por tensión (0-10 V). Mediante programación se trata la lectura eléctrica mediante un rango para sacar el valor físico real.
Por ejemplo: una sonda de temperatura de 0 a 200 °C mediante una entrada de corriente. El valor de entrada mínimo será de 4 mA, que corresponden a 0 °C.
En cambio, si su lectura llega a 200 °C, el valor de la entrada será de 20 mA.
Salidas: Las salidas de un PLC pueden ser digitales o analógicas.
• Digitales: Existen dos tipos de salidas digitales.
- Relé: Contactos mecánicos de poca potencia para trabajar sobre actuadores de poco consumo. Su ciclo de trabajo es mucho más lento que el de las salidas por transistor.
- Transistor: Contactos digitales de mucha rapidez. No pueden utilizarse para controlar potencia: es necesario trabajar a través de relés de adaptación. Los PLC con este tipo de salidas tienen un precio más elevado. Pueden utilizarse por ejemplo como salidas a pulsos para variadores de frecuencia o relés de estado sólido aplicados a resistencias.
• Analógicas:
Las salidas analógicas son similares a las entradas analógicas pero con la utilidad inversa. Mediante un bucle de corriente (4-20 mA) o por tensión (0-10 V) se envía una señal al actuador. Por ejemplo podría utilizarse una salida analógica para dar la velocidad de salida de un variador de frecuencia. De esta manera se puede hacer cualquier tipo de regulación física desde el propio PLC.
Hoy en día la automatización ha evolucionado tanto que va ligada a la palabra conectividad. Y por ello el PLC no es el único elemento importante. Un PLC puede ser controlado a través de diferente software integrado en pantallas u ordenadores.
Estos programas que sirven para controlar y visualizar todos los procesos automáticos que realiza el PLC se llaman software HMI o SCADA.
Los programas HMI (interfaz hombre-máquina) sirven para integrarse dentro de una pantalla, por ejemplo, táctil. Su función es poder controlar todo el PLC desde una pantalla cercana al proceso automático y así tener un control visual y táctil de todo el proceso.
Este tipo de software integrado en pantallas permite tener un acceso rápido a los parámetros del proceso o máquina a automatizar simplificando el trabajo al operario en el momento de realizar cualquier proceso.
A diferencia de los HMI, los SCADA son programas más complejos que suelen integrarse dentro de un ordenador. Estos programas son similares a los HMI pero con más potencia. A través de pantallas más complejas se pueden controlar y visualizar no únicamente un proceso o máquina, sino plantas industriales enteras con varios procesos.
Los SCADA suelen integrarse en diferentes puntos de control en las plantas industriales ya que pueden llegar a controlarse y visualizarse desde diferentes ordenadores. De esta manera se puede tener el control total de todos los PLC que tenga una planta o, vía internet, de plantas de otros lugares.
En ambos tipos de software se pueden realizar diferentes funciones como por ejemplo control de actuadores y detección de sensores, visualización de gráficas e históricos, exportación e importación de datos, control de alarmas y errores en procesos, gestión de usuarios, y un sinfín más de aplicaciones.
Existen diferentes SCADA como por ejemplo WinCC de Siemens, Vijeo Citect, FactoryTalk View (RSView) de Rockwell Automation, InTouch de AVEVA (Wonderware), Ignition de Inductive Automation, entre otros.
Las pantallas HMI y SCADA se pueden comunicar de diferentes maneras. Por ejemplo:
Ethernet, AS-i, PROFIBUS, PROFINET, Modbus, Fieldbus…
Cada uno de ellos tiene sus ventajas.
Hoy en día todos los PLC tienden a comunicarse con sus pantallas a través de Ethernet (TCP/IP), ya que da una velocidad de transferencia y un ancho de banda muy grandes. También permite conectar cualquier equipo vía internet para tener un control total desde cualquier punto.
A continuación se explican algunos tipos de comunicaciones que existen:
• AS-i (Actuator Sensor Interface):
A nivel de campo es el más sencillo de controlar y con gran rapidez (ciclos de 5 ms). Es un bus maestro-esclavo al que pueden conectarse hasta 31 esclavos (62 con direccionamiento ampliado A/B).
Su transmisión es de paquetes de 4 bits. Su conexión puede emplearse en tramos de hasta 100 m de longitud, ampliables con repetidores.
• Sistema PROFIBUS:
Sistema de comunicación industrial estandarizado y uno de los más utilizados. Es un estándar europeo referente a buses. Con un máximo de 127 puntos de conexión y de funcionamiento con sistema Token-Passing. Utiliza dos hilos trenzados (hasta 1200 m por segmento según la velocidad, ampliables con repetidores) que pueden transmitir hasta 246 bytes en ciclos de 90 ms.
Utilizado en periferia distribuida para conexión de instrumentación o entre diferentes equipos.
• Sistema PROFINET:
Estándar de Ethernet industrial. Mejorando la tecnología PROFIBUS con el sistema convencional Ethernet se han conseguido adquirir mejoras en la comunicación.
Actualmente todos los sistemas PLC, instrumentación, I/O, tienden a integrar este sistema.
Además de las características de PROFIBUS, se han mejorado:
Número de nodos prácticamente ilimitado, mayor escalabilidad, compatibilidad total con TCP/IP y conexión web o internet en tiempo real. Estandarización del conexionado gracias a la conexión convencional Ethernet, modo de comunicación inalámbrico con protocolos de seguridad, evitando así un cableado extenso.
• Sistema EtherCAT:
Es un estándar abierto (IEC 61158) que utiliza los protocolos Ethernet. A día de hoy es uno de los sistemas de comunicación industrial más veloces. Su nombre viene de “Ethernet for Control Automation Technology”.
El protocolo es capaz de enviar y recibir paquetes de datos al vuelo. No es necesario enviar una petición de datos para recibirlos.
Su funcionalidad está pensada para trabajar en entornos industriales. Y al referirse a su velocidad de comunicación se debe hablar en μs (microsegundos).
Se utiliza para procesos industriales complejos donde se necesita procesar y trabajar con una gran cantidad de datos en tiempos muy pequeños.
• Sistema Modbus:
Estandarizado industrialmente, este sistema maestro-esclavo puede utilizarse mediante RS-232, RS-485 o Ethernet.
Un sistema en el que el maestro envía peticiones que deberá responder el esclavo (en Modbus TCP se habla de cliente y servidor). Utilizado en instrumentación para la lectura de sensores, variadores, PLC… También puede enviar peticiones del maestro para controlar parámetros sencillos de cualquier aparato conectado vía Modbus. Pueden conectarse a un mismo maestro hasta 247 esclavos. Y la transmisión de datos se realiza en modo ASCII o RTU.
Para finalizar cabe remarcar que la automatización irá ligada a la industria cada vez más. Poco a poco se va integrando en cualquier nuevo proceso y se van actualizando los obsoletos para mejorar continuamente cualquier producto.
Industria 4.0 e IIoT: el siguiente paso
La automatización ya no se limita a controlar máquinas y procesos: hoy también consiste en aprovechar los datos que generan. Es lo que se conoce como Industria 4.0 o IIoT (Internet Industrial de las Cosas): conectar autómatas, sensores y sistemas SCADA para disponer de información fiable en tiempo real.
Con los datos de planta bien recogidos y organizados es posible:
- Calcular indicadores como la eficiencia de las líneas (OEE), los tiempos de paro o los consumos por producto.
- Pasar de un mantenimiento correctivo a uno preventivo o predictivo, detectando desviaciones antes de que provoquen una avería.
- Garantizar la trazabilidad de cada lote: qué receta se usó, qué valores de proceso se registraron y quién intervino.
- Reducir el consumo energético ajustando el funcionamiento de bombas, motores y equipos de calentamiento.
¿Cómo empezar un proyecto de automatización?
No es necesario abordarlo todo a la vez. Nuestra recomendación es empezar por un análisis de la instalación existente y de los objetivos del cliente, definir una primera fase acotada con resultados medibles y crecer a partir de ella. Una arquitectura abierta y bien planteada desde el principio evita tener que rehacer el trabajo más adelante.
Si está valorando automatizar un proceso o modernizar una instalación, contacte con nosotros y estudiaremos su caso sin compromiso.