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• Chilón Adán

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Tema 1: Automatismos Industriales

Introducción al tema Las bases fundamentales en las que se apoyan las grandes industrias para la optimización de sus procesos son los automatismos de procesos. Por lo tanto, el tema a tratar se relaciona con los automatismos industriales, siendo importante, ya que constituye un excelente tema para los estudiantes en ingeniería y para estudiantes que se especializan en otras ramas de las ingenierías, ya que sirven de modelo para el estudio de sistemas automáticos y de control en general. El trabajo que a continuación vamos a presentar es acerca de un tema de mucha importancia para nosotros mismos y en especial para toda empresa industrial, el cual lleva el nombre de automatización. Así mismo conoceremos de sus actividades la cual está realiza en una empresa industrial, su perfil ocupacional, su fuente de trabajo y un sin número de cosas que nos ayudara más a entender este tema. El tema de automatización nos dará una visión muchísimo más amplia de lo que puede ayudar esto a una empresa ya que se va a dar en la misma un proceso de mecanización de las actividades industriales para reducir la mano de obra, simplificar el trabajo para que así se de propiedad a algunas máquinas de realizar las operaciones de manera automática; por lo que indica que se va dar un proceso más rápido y eficiente. Como dijimos anteriormente al darse una mayor eficiencia en el sector de maquinaria, logrará que la empresa industrial disminuya la producción de piezas defectuosas, y por lo tanto aumente una mayor calidad en los productos que se logran mediante la exactitud de las maquinas automatizadas; todo esto ayudara a que la empresa industrial mediante la utilización de inversiones tecnológicas aumente toda su competitividad en un porcentaje considerable con respecto a toda su competencia, y si no se hace, la empresa puede sufrir el riesgo de quedarse rezagado circunstancialmente. Esperamos que con todo esto y más podamos cumplir con todas las expectativas propuestas antes de investigar este tema y logremos alcanzar el objetivo que es aprender acerca de la automatización. Como se ve, quien estudia la automatización industrial tiene un vasto mundo por explorar, lleno de maravillosas posibilidades. ¡Pero hay que ir con cuidado!

Aprendizajes esperados Conozcamos ahora las capacidades y actitudes a desarrollar en este primer tema: Capacidad



Reconoce y analiza los elementos fundamentales que constituyen los automatismos.



Identifica los tipos de automatismos.



Identifica elementos empleados en la automatización.



Resuelve problemas relacionados a automatismos.

Actitudes 

Desarrolla diversas alternativas de solución de problemas específicos



Participa con interés por conocer los tipos de automatismos y como se usa para obtener el mejor beneficio



Demuestra interés para desarrollar problemas de automatismos



Participa proactivamente en el foro temático aportando ideas, comentarios e información sobre el tema de estudio.

Mapa conceptual referido al tema Observa detenidamente el siguiente esquema, en el encontrarás de manera sintetizada los principales conceptos de la temática que abordaremos. ¿Qué conceptos o categorías te llaman la atención?

Esquema1: Mapa conceptual sobre Automatismos Industriale.

1.1 Introducción a la Automatización Industrial Universidad Nacional Abierta y a Distancia (2010) afirma:

Cuando el homo sapiens dominó el fuego, comenzó a utilizarla como elemento calefactor y para condimentar alimentos. Pasó mucho tiempo, hasta la Edad del Bronce, para que lo empleara en la obtención de metales y en la cerámica dando así lugar a los que podríamos llamar primeros procesos de fabricación de la historia. (p.1) Esquema elaborado a partir de Universidad Nacional Abierta y a Distancia (2010): Periodo Antes de Cristo.

Hacia el año 2000 antes de cristo. Se utiliza por primera vez la energía eólica para mayores embarcaciones dotadas de velas. Hacia el año 1000 antes de cristo los fenicios atravesaban el mediterráneo con sus navíos. Más tarde, sobre los años 50 antes de cristo, los romanos empiezan a utilizar la energía hidráulica para la extracción de agua por medio de la noria. Durante la edad media se utilizó mucho en prácticamente toda Europa. Esquema elaborado a partir de Universidad Nacional Abierta y a Distancia (2010): Periodo Después de Cristo

Maquina a vapor por james watt hacia 1750 es el acontecimiento que marca el inicio de la revolución industrial. Durante el periodo de las máquinas de vapor y luego con las de combustión interna y los motores eléctricos. Revolución industrial con un desenfrenado avance tecnológico y científico. La evolución de la técnica es permanente. Universidad nacional abierta y a distancia (2010) afirma: la automatización se basa en las teorías y tecnologías encaminadas en sustituir el trabajo del hombre por el de la máquina. La automatización se basa en los mecanismos de feedback y, por ello, está relacionada con las teorías de control.

1.2 Sensores y Actuadores Sensores El concepto de sensores, también llamado transductor se define como dispositivos que transforman una cantidad física cualquiera en otra cantidad física equivalente. Castro (2008 afirma): “Dispositivo que convierte una señal de un tipo a otro, es decir convierte una magnitud en otra que resulte más apta para el análisis de un fenómeno físico” (p.3). Gil (2005) afirma: “Dispositivo capaz de convertir una magnitud física (presión, temperatura, caudal, etc.) en una señal eléctrica” (p.3). Tipos de sensores

Finales de carrera Pena (2009) afirma: “Son sensores neumáticos que se utilizan para determinar la presencia, ausencia, paso y posicionamiento de un objeto, transformando un movimiento mecánico en una señal eléctrica. En un comienzo se les utilizaba para definir el final del recorrido de un objeto” (p.6).

Apertura y cierre de puertas, sistemas de cinta transportadora, conteo y detección de piezas, máquinas de transferencia, fosas y taladros, entre otras. Sensores Magnéticos

Pena (2009) afirma: “También se les denomina relés tipo “reed”, son utilizados en cilindros neumáticos para detectar la posición de fin de carrera a través del vástago del cilindro” (p.6).

Automatismos, acondicionamiento, control de cadenas transportadoras. Sensores Inductivos Pena (2009) afirma: “Son sensores detectores de posición electrónicos, que dan una señal de salida sin contacto mecánico directo, estos sensores detectan todo tipo de objetos metálicos” (p.8).

Se utilizan donde hay presencia de aceites, líquidos, polvos y vibraciones. Sensores capacitivos

Pena (2009) afirma: “Aunque también detectan materiales conductores, están especialmente diseñados para la detección de materiales aislantes, tales como papel, plástico, madera, etc” (p.10).

Detección de niveles de aceite, agua, PVC, azúcar, leche en polvo, posicionamiento de cintas transportadoras, detección de bobinas de papel, etc. Sensores Fotoeléctricos

Pena (2009) afirma: “Los sensores fotoeléctricos u ópticos, tienen como función principal la detección de todo tipo de objetos independientemente de la distancia, ellos son generalmente utilizados como detectores de posición” (p.12).

Detección de piezas, detección de nivel, detección de objetos pequeños, conteo de piezas, detección de personas, etc. Sensores Ultrasónicos Pena (2009) afirma: “Son aquellos que tienen como función principal la detección de objetos a través de la emisión y reflexión de ondas acústicas” (p.16)

Instalación de almacenamiento, sistema de transporte, industria de alimentación, proceso de materiales, etc. Actuadores Esquema elaborado a partir de UNAPEC (2006):

Lineales: UNAPEC (2006) Afirma: permiten transformar la energía eléctrica, hidráulica o neumática en la realización de un determinado procedimiento automático. Esto genera una fuerza en línea recta. Neumáticos: UNAPEC (2006) AFIRMA: Se conecta aire comprimido a uno de los lados del embolo o veleta generando fuerza en sentido de expansión. Eléctricos UNAPEC (2006) afirma: requieren energía como fuente de poder. Al utilizarse cables eléctricos no hay restricciones respecto a la distancia entre la fuente de poder y el actuador. Hidráulicos UNAPEC (2006) afirma: se conecta presión hidráulica a uno de los lados del émbolo o veleta generando fuerza en sentido de la expansión. Rotativos UNAPEC (2006) afirma: es aquel que genera un movimiento giratorio. El movimiento debe estar limitado a un ángulo máximo de rotación.

1.3 Automatismos Cableados

Sarmiente (2009) refiere que los automatismos cableados son aquellos que se implementan por medio de uniones físicas entre los que forman el sistema de control. Elementos que conforman en automatismo cableado:

Automatismos cableados: Elementos de señalización Disyuntor Contactor Relé térmico

1.4 Automatismos Programables: Introducción a los Autómatas Programables Historia Herrera (2010) afirma:

El primer PLC apareció en 1968 y cumplía con los requerimientos mínimos de General Motor, pero rápidamente aparecieron ventajas adicionales tales como: menor consumo de energía, reducción de espacio en los tableros, rápido mantenimiento, etc. Por 1972 aparecieron equipos que ya se programaban usando esquemas de contactos (Relay Ladder Logic). Estos esquemas usaban los ingenieros y técnicos

para diseñar los antiguos equipos cableados, por lo que resultaba fácil pasarse a la nueva tecnología y ello popularizó más su uso.

En 1974 aparece el microprocesador, lo que provoca muy importantes avances en el desarrollo de los PLC. Permitiéndole realizar tareas cada vez más complejas, mejorando su confiabilidad. Concepto de Autómata Programable

Universidad de Ovideo (2008) afirma: “Un PLC (Programable Logic Controller), es una máquina electrónica programable capaz de ejecutar un programa, o sea, un conjunto de instrucciones organizadas de una forma adecuada para solventar un problema dado” (p.1).

AP (AUTÓMATA PROGRAMABLE) PLC (programmable logic controller) ¿Cómo funciona un PLC? Un PLC una vez conectado a la red eléctrica tiene básicamente dos modos de funcionamiento:

STOP: en este modo de funcionamiento no se ejecuta el programa de control. RUN: En este modo de funcionamiento el programa se está ejecutando de manera indefinida hasta que o bien el PLC pasa al modo de Stop o bien se desconecta de la alimentación. Ciclo de SCAN de un PLC

Este ciclo de SCAN se realiza indefinidamente hasta que pasemos el conmutador de la CPU a la posición de STOP.

Temporizadores Contadores Marcas internas Universidad de Ovideo (2008) refiere que 1.

En primer lugar lee todas las entradas y almacena el estado de cada una de ellas.

2.

En segundo lugar ejecuta las operaciones del programa siguiendo el orden en que se han gravado.

3.

En tercer lugar escribe el resultado de las operaciones en las salidas.

4.

Una vez escritas todas las salidas (activando o desactivando las que el resultado de las operaciones lo requieran). Vuelva al paso 1

Clasificación

Creus (2000) refiere que la evolución tecnológica en los dispositivos electrónicos empleados para llevar a cabo el control de un proceso. Según su complejidad desde el punto de vista de la funcionalidad que aportan y el precio medio de mercado. Universidad de Ovideo (2008) refiere que los elementos más sencillos y baratos necesarios para poder implementar el control de un proceso son los contactores. Estos dispositivos han mantenido su función primitiva de servir de “enlace” entre el circuito de potencia y el de mando, ahora substituido por un equipo programable. Les siguen los relés temporizados o temporizadores. Dependiendo de la complejidad de la instalación que se quiera automatizar esta funcionalidad puede ser implementada por medio de un relé físico o programada mediante un equipo de control programable (Creus, 2000). La diferencia fundamental está en el precio, siendo más baratos los primeros Universidad de Ovideo (2008) menciona que los “módulos lógicos”o también conocidos como “relés programables”se llega a la frontera entre el ámbito de la lógica cableada y el de la programada. Son estos dispositivos tan sencillos que a menudo son empleados para controlar pequeñas funciones de una instalación y combinados con módulos contactores y temporizadores (Ogata, 2003).

Cuando se requiere del dispositivo de control programable una mayor potencia de cálculo, un lenguaje de programación más potente, una mayor capacidad de conexión con elementos de campo (entradas y salidas), es necesario acudir a un PLC. Características del Hardware

Otros módulos, fuente de alimentación, CPU, rack o bastidor, E/S Digitales, E/S Analógicas.

Lenguajes de Programación del Autómata

Diagramas de escalera, lista de instrucciones, diagrama de bloques funcionales, texto estructurado, SFC.

Actividad de Análisis y Comprensión Con el objetivo de profundizar la importancia del uso de las variables de circuitos y elementos de circuitos, te presentamos el siguiente video denominado “Introducción Automatización Industrial. ¿Qué es la Automatización Industrial?” donde se describen con detalle los conceptos básicos utilizados en la automatización de procesos industriales Al momento de visualizar el video te recomendamos que tomes nota de las ideas principales que se exponen, para responder las siguientes preguntas

Pregunta de Selección Múltiple ¿Con qué control está relacionado la automatización?

Control de procesos manufacturados Incorrecto

Control de Procesos Inteligentes Incorrecto

Control de Procesos Industriales Correcto

Control de procesos semi-automatizados Incorrecto

Control proporcional Incorrecto La automatización es la aplicación de métodos y procedimientos que buscan sustituir a un operario en tareas físicas y  mentales relacionadas al control de procesos industriales ¿Cuáles son los tipos de procesos industriales?

Procesos Continuos Correcto

Procesos Discretos Correcto

Procesos By-pass Incorrecto

Procesos Batch Correcto

Procesos Inteligentes Incorrecto Procesos continuos se genera cuando el sistema produce un flujo continuo. Procesos Discretos se genera cuando un  producto en forma de unidades y Proceso Batch se genera cuando un producto en forma de cantidades o lotes. ¿Cuáles es el tipo de automatización adecuado para una producción media?

Automatización flexible Correcto

Automatización programable Incorrecto

Automatización fija

Incorrecto

Automatización por contactores Incorrecto

Automatización por controladores Incorrecto Es aquella que tiene características de la automatización fija y programable, pero se caracteriza por permitir cambios  en partes del software y cambios físicos sin perder tiempo de producción.

Preguntas de análisis

Reflexión Lee y analiza las siguientes preguntas de reflexión que se presentan a continuación: 1.

¿Por qué el concepto de automatización se vino desarrollando desde la antigüedad?

2.

¿Por qué crees que la automatización es importante para la sociedad en la actualidad?

3.

¿De qué manera podemos apreciar la automatización en la actualidad?

Debes saber que la automatización de procesos industriales tiene un gran variedad de ventajas y desventajas, retos y posibilidades de desarrollo. En el plano tecnológico es un aporte interesante ya que ayuda a mejorar la productividad y seguridad de los diferentes procesos. Al respecto te invitamos a leer la siguiente lectura que nos proporciona la Universidad Pontificia Comillas Por siglos el ser humano ha construido máquinas que imiten las partes del cuerpo humano. Los antiguos egipcios unieron brazos mecánicos a las estatuas de sus dioses. Estos brazos fueron operados por sacerdotes, quienes clamaban que el  movimiento de  estos era  inspiración de  sus dioses.  Los  griegos construyeron  estatuas que  operaban con sistemas hidráulicas, los cuales se utilizaban para fascinar a los adoradores de los templos. Durante  los  siglos  XVII  y  XVIII  en  Europa  fueron  construidos  muñecos  mecánicos  muy  ingeniosos  que  tenían algunas características de robots. Jacques de Vauncansos construyó varios músicos de tamaño humano a mediados del siglo XVIII. Esencialmente se trataba de robots mecánicos diseñados para un propósito específico: la diversión.

En 1805, Henri Maillardert construyó una muñeca mecánica que era capaz de hacer dibujos. Una serie de levas se utilizaban como ` el programa ' para el dispositivo en el proceso de escribir y dibujar. Estas creaciones mecánicas de forma humana deben considerarse como inversiones aisladas que reflejan el genio de hombres que se anticiparon a su época. Hubo otras invenciones mecánicas durante la revolución industrial, creadas por mentes de igual genio, muchas de las cuales estaban dirigidas al sector de la producción textil. Entre ellas se puede citar la hiladora giratoria de Hargreaves (1770), la hiladora mecánica de Crompton (1779), el telar mecánico de Cartwright (1785), el telar de Jacquard (1801), y otros. El desarrollo en la tecnología, donde se incluyen las poderosas computadoras electrónicas, los actuadores de control retroalimentados,   transmisión   de   potencia   a   través   de   engranes,   y   la   tecnología   en   sensores   han   contribuido   a flexibilizar los mecanismos autómatas para desempeñar tareas dentro de la industria. Son varios los factores que intervienen para que se desarrollaran los primeros robots en la década de los 50's.  *Fuente: Ordax,

 

Javier.

 

(2005).

 

Automatización

 

de

 

Procesos

 

Industriales. Recuperado

de http://www.iit.upcomillas.es/pfc/resumenes/42bbf80238332.pdf

Internet una poderosa herramienta de la sociedad del conocimiento ¿Cómo aprovechar internet en beneficio de la automatización? Se puede aprovechar por medio de la investigación de las diferentes páginas web, para enriquecer progresivamente todos nuestros conocimientos previos, no solo por medio de archivos de texto, sino también por medio de animaciones las cuales podrán ayudar de manera más interactiva y didáctica el aprendizaje, para analizar y desarrollar de manera sencilla todos las aplicaciones con la automatización de procesos industriales. Por ello, te invitamos a revisar la siguiente página web perteneciente al Foro de Automatización para complementar lo aprendido hasta el momento. Esperamos que cuando culmines de observar la riqueza del material estarás en condiciones no solo de entender la automatización sino también de explicar con propiedad a tus compañeros de trabajo o familia ¿Qué es la Automatización? Pues, debes saber que muchos utilizan esta terminología pero no llegan a transmitir en forma clara su idea. Para ingresar haz clic en la imagen.

Referencias (bibliográficas) 

Ogata, Katsuhiko. (2003). Ingeniería de Control Moderna. Madrid: Prentice Hall

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Creus, Antonio (2000). Instrumentación Industrial. Barcelona: Marcombo

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Universidad Nacional Abierta y a Distancia (2010). Automatización Industrial. Recuperado dehttp://datateca.unad.edu.co/contenidos/2150514/Modulo_exe/leccin_1_perspectiva_histrica.ht ml



Gonzales, Abid (2008). Sensores y Actudores. Recuperado dehttp://www.avidromangonzalez.com/Sensores_y_Actuadores.pdf



Gil, Arturo. (2005). Sensores y Actuadores. Recuperado de http://isa.umh.es/asignaturas/asc/temasautomatas/Tema6.pdf



Peña, Rafael (2009). Sensores, Tipos y Características. Recuperado de http://es.scribd.com/doc/99149696/PDF-Sensores-Tipos-y-Caracteristicas#scribd



UNAPEC (2006). Actuadores. Recuperado de http://es.slideshare.net/AlbertoMosqueadelOrbe/tipos-de-actuadores



Sarmiento, Martín (2008). Automatismos Cableados. Recuperado de https://todoclase.files.wordpress.com/2011/11/1-introduccic3b3n.pdf



Herrera, Eduardo (2010). Autómatas Programables. Recuperado de http://www.herrera.unt.edu.ar/eiipc/material/apuntes/Automatas%20Programables.pdf



Universidad de Ovideo (2008). Autómatas Programables Industria. Recuperado de http://isa.uniovi.es/docencia/iea/teoria/plc_resumen.pdf

Lecturas recomendadas Para saber más Ponemos a tu disposición y te invitamos a revisar dos interesantes documentos que te ayudaran a reforzar y ampliar los temas que hemos estudiado, estos los encontrarás en la base de datos e-libros que utiliza nuestra universidad: 

Documento 1: Automatismos y Cuadros Eléctricos.

URL: http://site.ebrary.com/lib/bibsipansp/reader.action?docID=11002478 Breve descripción Este trabajo está destinado a estudiantes de ingeniería, el cual tiene como finalidad servir de apoyo en su preparación profesional para el estudio de los Automatismos convencionales (por contactores), elementos de protección, entre otros. Para la resolución paso a paso de problemas de este trabajo se utilizaron, en gran parte, las técnicas arranque directo y diseño de los diferentes elementos de protección el cual el estudiante tiene que aprender obligatoriamente.

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Documento 2: Introducción a la síntesis y programación de automatismos secuenciales.

URL: http://site.ebrary.com/lib/bibsipansp/reader.action?docID=10844594 Breve descripción Este trabajo de automatismos convencionales y por medio de controladores consta de cuatro partes, en la primera se expone sobre la Automatización de Procesos Industriales, en la segunda lo relativo a Sistemas Secuenciales, en la tercera sobre Principios de Programación de Autómatas Programables y en el cuarto sobre Ejercicios Resueltos de Modelado y Programación

El objeto de estos ejercicios y problemas de programación de automatismos secuenciales es facilitar al estudiante una serie de propuestas de trabajo para motivar la reflexión sobre las ideas básicas y haciendo problemas para aprender dichas ideas. 

Documento 3: Manual de Electricidad Industrial: Formación para el empleo.

URL: http://site.ebrary.com/lib/bibsipansp/reader.action?docID=10646774 Breve descripción La elaboración de esta producción está dirigida a los alumnos de ingeniería, la cuál te da conceptos generales acerca de los elementos de protección en sistemas de control y potencia. También se da una pausa para explicar de manera detallada en el tema número 4 los elementos y sistemas de control, los cuales son muy importante en la implementación de automatismos. 

Documento 4: Sistemas de producción automatizados.

URL: http://site.ebrary.com/lib/bibsipansp/reader.action?docID=11046832 Breve descripción: El tema central de este libro son los sistemas automatizados y definir el concepto de que estos sistemas forman parte de la estructura básica de la tecnología moderna. Ante tal tema se enfoca para demostrar tanto el análisis y programación de autómatas los cuales están estrechamente enlazados con la habilidad del ingeniero para diseñar sistemas complejos de electrónica, comunicaciones, cómputo y de control, así como productos para el consumidor

Conclusiones de la primera semana En esta primera semana se concluyó que para empezar el estudio de los circuitos eléctricos, se inicia con la concepción de sus partes fundamentales, tales como la automatismos convencionales y automatismos por controladores. Al tener en claro estos conceptos se pueden comprender de manera más exacta la Automatización Industrial; el cual ayudará de una manera minuciosa el entender de la respuesta del funcionamiento de un automatismo en función de una determinada aplicación.

Metacognición Las siguientes preguntas te ayudarán a reflexionar sobre tus propios aprendizajes, es un ejerció recomendado para razonar e identificar nuestro esfuerzo intelectual, la finalidad es regular nuestras acciones y procesos mentales 1.

¿De la temática abordada que te llamó más la atención?

2.

¿Consideras que aprendiste con los contenidos abordados?

3.

¿Tuviste dificultad con algún tema o actividad? ¿Cómo los solucionaste?

4. ¿Qué acciones realizaste para aprender?