Introducción a la Automatización

Hoy en día la tecnología avanza a pasos forzados a causa de las necesidades ya sea en la calidad de los productos como por 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 que nos referimos con tener los procesos automatizados?

Para responder 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.

¿Qué ventajas aporta la automatización?

• Reducción de mano de obra en los procesos. Al automatizar maquinara o procesos la mano de obra se ve reducida 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 un proceso de verificación de una pieza que necesite 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 Control”.

Éste aparato realiza diferentes funciones como controlar desde una simple máquina a procesos secuenciales a 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. Éstas 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, Allen-Bradley, Sneijder (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 pueda ser tratada por software como condición en un programa. Cualquier botón, interruptor físico o sensor de proximidad por ejemplo pueden 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 ºC mediante una entrada de corriente. El valor de entrada mínimo serán 4 mA que corresponden a los 0ºC.    

A diferencia si su lectura llega a 200ºC el valor de la entrada serían 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 las entradas 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 entradas tienen un precio más elevado. Pueden utilizarse por ejemplo como salidas a pulsos para variadores de frecuencia o relés de estado sólido aplicado 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 a .. 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 software HMI (interface 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 así pudiendo 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 software más complejo 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 con todos los PLC que tenga una planta o vía internet con plantas de otros lugares.

En ambos software se pueden realizar diferentes funciones como por ejemplo control de actuadores i 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, Citect, Rs-View de Allen-Bradley, Wonderware, Ignition, 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 grande. 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). Un total de hasta 31 puntos pueden conectarse en el bus Cliente / Servidor.

Su transmisión es de paquetes de 4 bits. Su conexión puede emplearse en lugares de hasta 100 m de longitud o 400 con puntos repetidores.

 

 

• Sistema Profibus:

Estandarizado y más utilizado sistema de comunicación industrial. 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 con una longitud máxima de 22 Km 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:

Nuevo estándar 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 nuevo sistema. 
A demás de las características Profibus, se han mejorado:

Número de nodos ilimitados, mayor escalabilidad, compatibilidad total con TCP / IP y conexión web o internet en tiempo real. Estandarizado del conexionado gracias a la conexión convencional Ethernet, modo de comunicación wire-less con protocolos de seguridad evitando así extenso cableado.

 

• Sistema EtherCat:

Es un nuevo codigo abierto que utiliza los protocolos Ethernet. A día de hoy es el sistema de comunicación industrial mas veloz. Su nombre viene de "Ethernet para el Control de Tecnología de Automatización" .

El codigo es capaz de enviar y recibir paquetes de datos al vuelo. No es necesario enviar petición de datos para tener que recibirlos.

Su funcionalidad se basa para trabajar en entorno industrial. Y al referirse a su velocidad de comunicación se debe hablar en μs (micro segundos).

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 o Rs-485 o Ethernet.
Un sistema peer to peer donde el maestro envía peticiones que deberá responder el esclavo. 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 en un mismo maestro hasta 247 esclavos a comunicar. Y la transmisión de datos se realiza mediante código 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.