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ASI Ciclo de SCAN RS-485

Automatización de

Profibus SCADA

ASI

procesos agroindustriales

Señal analógica

Transmisión serie

ETHERNET LON-WORK

HART Bloque de Función

Francisco Casares

Automatización de procesos agroindustriales

CAN

4-20 mA

OPC

BUS DE CAMPO

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización. Estado actual: Automatización distribuida

Programa Teórico: Modulo I. Introducción : Sistemas de automatización. Módulo II: Integración total en la automatización. Módulo III: Visión general de sistemas abiertos.

Jerarquía de niveles en la tecnología de automatización

Jerarquía descentralizada con inteligencia distribuida

Módulo II: Integración total en la automatización.

Planificación y Control

Automatización Total o Integral Una metodología de trabajo y una filosofía de diseño de los sistemas de automatización, producción y gestión orientados a la mejora de los niveles de calidad y la optimización de los procesos

Automatización Total

Arquitectura Integradora del Sistema Automatización del Sistema

Análisis de la gestión

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Módulo III: Visión general de sistemas abiertos.

Características de la solución buscada: Módulo I.

•Alta disponibilidad y recuperación entre caídas. • Posibilidad de escalar en forma horizontal y vertical.

Introducción : Sistemas de automatización.

• Administración centralizada. • Fácilmente implementable. • Alto nivel de modularidad. Desventajas: Solución de costoso crecimiento si no se acierta en la elección de los componentes

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización. - PRINCIPIOS DE AUTOMATIZACIÓN:

Francisco Casares

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización. PRINCIPIOS DE AUTOMATIZACIÓN:

- CONCEPTO DE AUTOMATIZACIÓN.

- CONCEPTO DE AUTOMATIZACIÓN.

- TÉCNICAS DE AUTOMATIZACIÓN.

- TÉCNICAS DE AUTOMATIZACIÓN.

- TIPOS DE CONTROLES EN UN PROCESO.

- TIPOS DE CONTROLES EN UN PROCESO.

- NIVELES EN LA AUTOMATIZACION DE PROCESOS - ESTANDARES DE SEÑALES ANÁLOGICAS

La AUTOMATIZACIÓN es la sustitución de la acción humana por mecanismos, movidos por una

- FUNCIONAMIENTO DIGITAL DE UN SISTEMA: EL SISTEMA BINARIO

fuente de energía exterior, capaces de realizar ciclos completos de operaciones que se pueden repetir indefinidamente.

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización. NECESIDAD DE AUTOMATIZACIÓN • EVITAR TAREAS TEDIOSAS PARA EL SER HUMANO •

ABARATAR COSTES DE PRODUCCIÓN

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización. Un sistema automático supone la existencia de: Fuentes de energía Órganos de mando

----> ordenan el ciclo a realizar.

Órganos de trabajo

(ordenadores, autómatas, etc) ----> ejecutan las acciones. (Motores, pistones, resistencias, etc)

• INCREMENTAR LA CALIDAD DE LOS PRODUCTOS (ESTANDARIZACIÓN) • ACORTAR LOS TIEMPOS DE INTRODUCCIÓN

La utilización correcta de estos elementos presupone el conocimiento de los elementos individuales y su funcionamiento, así como las posibilidades de unión

DE UN NUEVO PRODUCTO EN EL MERCADO

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Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización.

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización.

TÉCNICAS DE AUTOMATIZACIÓN

TÉCNICAS DE AUTOMATIZACIÓN

Según la naturaleza del automatismos empleado se puede hablar de automatización:

Según la naturaleza del automatismos empleado se puede hablar de automatización:

- MECÁNICA - NEUMÁTICA - OLEOHIDRAULICA - ELÉCTRICA - ELECTRÓNICA - MIXTA

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización.

- MECÁNICA - NEUMÁTICA - OLEOHIDRAULICA - ELÉCTRICA - ELECTRÓNICA - MIXTA

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización.

TÉCNICAS DE AUTOMATIZACIÓN: AUTOMATIZACIÓN MECÁNICA Compuesta por: Ruedas Dentadas, Poleas, Cremalleras, Levas, Palancas, etc. Inconvenientes: Sistemas complicados y de escasa flexibilidad. Ventajas:

Montaje y mantenimiento económico.

Ejemplos típicos: Motores de combustión, relojes mecánicos, etc.

MÁQUINA DE VAPOR DE WATT (1819)

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización.

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización.

TÉCNICAS DE AUTOMATIZACIÓN: AUTOMATIZACIÓN NEUMÁTICA Generacion de movimientos lineales: - Muy simple y económicos - Longitud de trabajo 1-2 m máximo - Fuerza limitada a 1000-2000 kg debido a la baja presión utilizado en el aire comprimido (10 bares máximo). Generacion de movimientos rotativos - Simple y económico (eléctrica < neumática < hidráulica) - Velocidad de rotación elevada - Par disponible relativamente débil - Rendimiento menor que los eléctricos equivalentes - Compite con los motores eléctricos en el accionamiento de herramientas manuales

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Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización. TÉCNICAS DE AUTOMATIZACIÓN:

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización. TÉCNICAS DE AUTOMATIZACIÓN:

AUTOMATIZACIÓN NEUMÁTICA

AUTOMATIZACIÓN Hidráulica

Inconvenientes:

Generacion de movimientos lineales: - Muy simple - Velocidad de trabajo pequeña (0,5 m/s) - Fuerzas disponibles muy grandes de fácil regulación - Instalación cara - Longitud de trabajo desde algunos milímetros hasta decenas de metros. Generacion de movimientos rotativos - Simple - Velocidad de rotación limitada - Buen rendimiento y par elevado - No son sobrecargables - Campo definido en el cual son indiscutibles: pocas revoluciones y gran par de torsión.

Mantenimiento del estado del aire. Desembolso económico grande en la instalación.

Ventajas:

Sencillez. Economía una vez instaladas. Seguridad (interesante en zonas ATEX)

Ejemplos Típicos: Prácticamente la Totalidad de las Automatizaciones Industriales, Tienen Instalaciones Neumáticas .

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización. TÉCNICAS DE AUTOMATIZACIÓN: AUTOMATIZACIÓN HIDRÁULICA

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización. TÉCNICAS DE AUTOMATIZACIÓN: AUTOMATIZACIÓN ELÉCTRICA Fuente de energía: Transmisión fácil y rápida, coste reducido acumulación difícil

Diferencias:

Ejecución de las ordenes más lenta. Desarrolla más trabajo.

Ejemplos Típicos:

Prensas, Frenos y Dirección de Automóviles.

Órganos de mando: Relé, contactor, temporizador. Órganos de trabajo: Movimientos rotativos
motor

Movimientos lineales


Ejemplos Típicos:

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización. TÉCNICAS DE AUTOMATIZACIÓN:

Excelente rendimiento Velocidad limitada electroimanes Motores lineales

apagados/encendidos de luces.

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización. TÉCNICAS DE AUTOMATIZACIÓN:

AUTOMATIZACIÓN ELÉCTRICA-ELECTRONICA

AUTOMATIZACIÓN MIXTA

Fuente de energía: Transmisión fácil y rápida, coste reducido acumulación difícil

En un campo de actuación concreto no se encuentra una técnica de automatización en solitario, funcionan varias

Órganos de mando: Ordenador, Autómata programable. Órganos de trabajo: Movimientos rotativos
motor

Movimientos lineales


Ejemplos Típicos:

Excelente rendimiento Velocidad limitada electroimanes Motores lineales

técnicas a la vez íntimamente relacionadas, unas como órganos de mando, otras como órganos de trabajo, siendo la propia aplicación quien efectúa la selección.

Cualquier proceso industrial.

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Comparación de los medios de trabajo entre las diversas técnicas

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización.

Criterio Fuerza lineal

Fuerza rotativa Seguridad frente a las sobrecargas Movimiento lineal Movimiento rotativo u oscilante

Regulabilidad

Acumulación de energía y transporte

Comparación de los medios de trabajo entre las diversas técnicas

Neumática Fuerzas limitadas, debido a la baja presión y al diámetro del cilindro (50.000 N). Produce fuerza en reposo sin consumo de energía. Par de giro en reposo también sin consumo de energía. Sí, se para. Vuelve a moverse cuando se elimina la sobrecarga. Generación fácil; alta aceleración; alta velocidad (1,5 m/s y más). Motores neumáticos con muy altas revoluciones -1 (500.000 min ); elevado coste de explotación; mal rendimiento; movimiento oscilante por conversión mediante cremallera y piñón. Fácil regulabilidad de la fuerza y de la velocidad, pero no exacta. Posible, incluso en apreciables cantidades sin mayor gasto; fácilmente transportable en conductos (1.000 m) y botellas de aire comprimido.

Hidráulica Grandes fuerzas utilizando alta presión. Produce fuerza en reposo con consumo de energía.

Electricidad Mal rendimiento; gran consumo de energía en la marcha en vacío. No produce fuerza en reposo.

Par de giro también en reposo, originándose consumo de energía. Sí, se para. Vuelve a moverse cuando se elimina la sobrecarga. Generación fácil mediante cilindros; buena regulabilidad. Motores hidráulicos y cilindros oscilantes con revoluciones más bajas que en la neumática; buen rendimiento.

Par de giro más bajo en reposo.

Regulabilidad muy buena y exacta de la fuerza y la velocidad en todo caso Acumulación posible sólo limitadamente; transportable en conductos de hasta unos 100 m.

No, se estropea.

Complicado y caro.

Rendimiento más favorable en accionamientos rotativos; revoluciones limitadas.

Posible sólo limitadamente siendo el gasto considerable Acumulación muy difícil y costosa, fácilmente transportable por líneas a través de distancias muy grandes.

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización. TIPOS DE CONTROLES DE UN PROCESO:

Criterio Fuerza lineal Influencias ambientales

Gastos de energía

Manejo

Neumática Fuerzas limitadas, debido a Insensible a los cambios de temperatura; ningún peligro de explosión; hay peligro de congelación existiendo elevada humedad atmosférica.

Hidráulica Grandes fuerzas Sensible a las fluctuaciones de temperatura; fugas significan suciedad y peligro de incendio.

Alto en comparación con la 3 electricidad; 1 m de aire comprimido a 6 bar cuesta de 0,006 a 0,012 euros. No requiere de especialistas ni en ejecución ni en mantenimiento. No presenta peligros.

Alto en comparación con la electricidad.

Requiere de especialistas. Precisa conducciones de retorno.

Electricidad Mal rendimiento; gran Insensible a las fluctuaciones de temperatura; en los ámbitos de peligrosidad hacen falta instalaciones protectoras contra incendio y explosión. Gastos más reducidos de energía.

Sólo con conocimientos técnicos; peligro de accidente; la conexión errónea causa a menudo la destrucción de los elementos y del mando.

Control en lazo abierto: Las señales de mando son independientes de los órganos receptores OPERARIO CONSIGNAS ORDENES

SISTEMA DE CONTROL

ACTUADORES

Producto de entrada

Producto terminado

PROCESO

perturbaciones

El sistema de control no recibe información del comportamiento del proceso

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización.

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización.

TIPOS DE CONTROLES DE UN PROCESO: - PRINCIPIOS DE AUTOMATIZACIÓN:

Control en lazo cerrado:

- CONCEPTO DE AUTOMATIZACIÓN. - TÉCNICAS DE AUTOMATIZACIÓN.

Las señales de mando dependen de los órganos receptores

- TIPOS DE CONTROLES EN UN PROCESO. OPERARIO CONSIGNAS ORDENES

SISTEMA DE CONTROL

ACTUADORES

- NIVELES EN LA AUTOMATIZACION DE PROCESOS - ESTANDARES DE SEÑALES ANÁLOGICAS

Producto de entrada

PROCESO

Producto terminado

- FUNCIONAMIENTO DIGITAL DE UN SISTEMA: EL SISTEMA BINARIO

perturbaciones sensores

Existe una realimentación a través de los sensores al sistema de control

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Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización. NIVELES EN LA AUTOMATIZACION DE PROCESOS

NIVELES EN LA AUTOMATIZACION DE PROCESOS

Batidora

Ejemplo: Almazara

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización.

Batidora

Ejemplo: Almazara

PATIO

PATIO

Gestión ? Control ?

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización. NIVELES EN LA AUTOMATIZACION DE PROCESOS

Islas de automatización

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización. NIVELES EN LA AUTOMATIZACION DE PROCESOS Ejemplo: Almazara

Todos los dispositivos y sistemas deben estar integrados en una solución automatizada conjunta, donde se alcance la uniformidad en el almacenamiento de datos, configuración, programación e incluso la comunicación.

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización.

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización. Arquitectura Integradora del Sistema

Planificación y Control

Debe de haber una arquitectura integradora que enlace los diferentes aspectos que nos podamos encontrar mediante uno/ o varios sistemas de comunicación que permita la interrelación entre ellos

Arquitectura Integradora del Sistema

Automatización del Sistema

Arquitectura integradora

Es, decir si se desea tender a una gestión integral es necesario que todos y cada uno de los aspectos de la gestión sean concebidos para su intercomunicación con el resto.

Gestión

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“Situacion actual” de la tecnología de automatización

Ejemplo: Almazara genérica

Nivel de Célula Nivel de campo

Niveles de Automatización en la Arquitectura distribuida

Jerarquía descentralizada con inteligencia distribuida

Ejemplo: Almazara genérica

Fabrica Áreas

Células Maquinas

Ejemplo: Almazara genérica
Áreas

- Se subdivide la fabrica en Áreas funcionales.

FÁBRICA

ÁREAS

- Cada área se divide en tareas coherentes autónomas (células). - Cada célula se puede dividir en células más pequeñas hasta llegar a nivel de maquina. Así se puede diseñar el control de cada parte para que tenga una respuesta eficiente y la existencia de fallos no haga caer al sistema

ALMAZARA

- Se describe el funcionamiento de cada áreas, con entradas y salidas eléctricas, así como las necesidades de comunicación con otros elementos. - Se define la arquitectura integradora

Ejemplo: Almazara genérica
Áreas
Células FÁBRICA

ÁREAS

Patio

Ejemplo: Almazara genérica

Área patio

CÉLULAS

Línea de recepción patio

ALMAZARA Fábrica

Línea de recepción patio

Bodega Oficinas Caldera

Varias líneas en paralelo haciendo la misma función
células

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Ejemplo: Almazara genérica
Áreas
Células
Maquinas

Ejemplo: Almazara genérica
Áreas
Células FÁBRICA

ÁREAS

CÉLULAS

FÁBRICA

ÁREAS

CÉLULAS

Línea de Recepción 1

Línea de Recepción 1

Línea de Recepción 2

Línea de Recepción 2

........

Patio

Línea de Recepción n

Báscula de Pesaje de Camiones

Almacen. previo Molturación

Almacen. previo Molturación

Línea de Extracción 2

Fábrica

Línea de Recepción n

Báscula de Pesaje de Camiones

Línea de Extracción 1

ALMAZARA

........

Patio

Línea de Extracción 1

ALMAZARA

Línea de Extracción 2

Fábrica

........

........

Línea de Extracción n

Línea de Extracción n

Célula de Aclarado

Célula de Aclarado

Bodega

Célula de Almacen. de Aceite

Bodega

Célula de Almacen. de Aceite

Oficinas

Célula de Administración

Oficinas

Célula de Administración

Caldera

Célula de Calefacción

Caldera

Célula de Calefacción

Ejemplo: Almazara genérica

Ejemplo: Almazara genérica Sensores Actuadores TAG

Máquinas

Lavadora

Sensores Actuadores TAG xx xx xx

Limpiadora

xx

xx

xx

etc

Xx

xx

xx

Célula: Línea de recepción patio

Ejemplo: Almazara genérica PLANO DE LA INSTALACION

Lavadora

xx

xx

xx

Limpiadora

xx

xx

xx

etc

xx

xx

xx

Total

xx

xx

xx

Se elige el autómata que controla la célula Se planifica las comunicaciones Célula: Línea de recepción patio

Ejemplo: Almazara genérica FLUJO DE DATOS Se debe describir el flujo de datos de las diferentes estaciones conectadas. Para cada flujo: - Mostrar el volumen y la frecuencia - Calcular el ancho de banda necesario Para crear grupos y, de este modo, determinar el uso de los conmutadores, se debe crear una tabla con todas las estaciones redundancia

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Jerarquía de niveles en la tecnología de automatización

Jerarquía de niveles en la tecnología de automatización

(Nível de fabrica)

(Nível de fabrica)

(Nível de Área)

(Nível de Área)

Nivel de Célula

Nivel de Célula

Nivel de campo

Nivel de campo

Niveles de Automatización en la Arquitectura distribuida

Niveles de Automatización en la Arquitectura distribuida

Jerarquía de niveles en la tecnología de automatización

Jerarquía de niveles en la tecnología de automatización

(Nível de fabrica)

(Nível de fabrica)

(Nível de Área)

(Nível de Área)

Nivel de Célula

Nivel de Célula

Nivel de campo

Nivel de campo

CELULA Niveles de Automatización en la Arquitectura distribuida

Los sistemas de comunicación proporcionan el esqueleto sobre el que se articulan las estrategias de automatización

Niveles de Automatización en la Arquitectura distribuida

Características de la solución buscada: •Alta disponibilidad y recuperación entre caídas.

(Nível de fabrica)

(Nível de Área)

• Posibilidad de escalar en forma horizontal y vertical

Nivel de Célula

• Administración centralizada

Nivel de campo

• Fácilmente implementable • Alto nivel de modularidad

Niveles de Automatización en la Arquitectura distribuida

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Jerarquía de niveles en la tecnología de automatización

Desventajas:

Fabrica

Necesario la realización de un estudio de implantación previo, ya que se deben identificar los procesos

Áreas

autónomos, asignar elementos a cada proceso y diseñar el Nivel de Célula

modelo de intercomunicación para responder a las

Células

Nivel de campo

necesidades del problema planteado.

Maquinas

Solución de costoso crecimiento si no se acierta en la

Niveles de Automatización en la Arquitectura distribuida

elección de los componentes.

Jerarquía de niveles en la tecnología de automatización

Historia del control

1970-1980 control centralizado

Sistemas participantes diferentes mas importantes:

Grandes autómatas •Lógica solo en el controlador •No hay ninguna tolerancia a fallos del PLC

Autómatas programables

•Posibilidad de escalar limitada

Nivel de Célula industrial Comunicación Nivel de campo

SCADA

Software industrial (de programación autómatas, etc) Niveles de Automatización en la Arquitectura distribuida

E/S Área 1

E/S E/S

Área 2

Área 3

Historia del control

1990’s Aparecen islas de automatización

Historia del control

2000 Se desarrollan los ordenadores industriales.

1997 Empiezan a aparecer buses de comunicación Industrial. La tolerancia a fallos aumenta.

PLC

Ethernet Industrial

Modbus

Nivel: Maquinas simples

PLC

Nivel: Proceso

Profibus PLC

Nivel: Gestión

Se puede escalar horizontalmente y verticalmente

PLC

Nivel: Proceso Modbus

Profibus Nivel: Maquinas simples

PLC

PLC

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Historia del control

2000 Se desarrollan los ordenadores industriales.

Nivel: Gestión

2000 Se desarrollan los ordenadores industriales.

Ethernet Industrial PLC

Ethernet PLC

Nivel: Proceso

Nivel: Proceso

Estado de la Modbus automatización:

Modbus Profibus Nivel: Maquinas simples

Nivel: Gestión

Profibus

PLC

PLC HART

ASI Nivel: Actuador/Sensor

Control Nivel: Maquinas PLC simples descentralizado

PLC

InteligenciaHART distribuida

ASI Nivel: Actuador/Sensor

Produccion

con

Produccion

Nivel: Gestión Ethernet

Nivel: Gestión Ethernet

Mantenimiento

PLC

Mantenimiento

PLC

Modbus

Modbus

Sistemas Distribuidos Profibus

Nivel: Maquinas simples

Profibus

PLC

PLC

HART

ASI Nivel: Actuador/Sensor

Nivel: Maquinas simples ASI Nivel: Actuador/Sensor

Los sistemas de comunicación proporcionan el esqueleto sobre el que se articulan las estrategias de automatización

PLC

PLC HART

Jerarquía de niveles en la tecnología de automatización

Produccion

Nivel: Gestión Ethernet Mantenimiento PLC

Nivel de Célula

Modbus

Nivel de campo

Profibus Nivel: Maquinas simples ASI Nivel: Actuador/ Sensor

PLC

PLC HART

Niveles de Automatización en la Arquitectura distribuida

¿Qué elementos principales participan en esta arquitectura?

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Jerarquía de niveles en la tecnología de automatización Sistemas participantes diferentes más importantes:

Módulo I. Introducción : Sistemas de automatización. - PRINCIPIOS DE AUTOMATIZACIÓN: - CONCEPTO DE AUTOMATIZACIÓN. - TÉCNICAS DE AUTOMATIZACIÓN. - TIPOS DE CONTROLES EN UN PROCESO.

Autómatas programables Nivel Físico

- NIVELES EN LA AUTOMATIZACION DE PROCESOS

Comunicación industrial Protocolo SCADA Software industrial

- ESTANDARES DE SEÑALES ANÁLOGICAS - FUNCIONAMIENTO DIGITAL DE UN SISTEMA: EL SISTEMA BINARIO

Sensores

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