PROCESO INDUSTRIALAGENDA

1. ELEMENTOS DEL PROCESO INDUSTRIAL

2. OBJETIVOS DE LA AUTOMATIZACIÓN

3. ELEMENTOS DE LA AUTOMATIZACIÓN

4. CLASES DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL Y TIPOS DE PROCESOS INDUSTRIALES

5. HISTORIA DE LOS PROCESOS INDUSTRIALES Y LA AUTOMATIZACIÓN

6. CONTROL INDUSTRIAL

Procesos de aplicación de la automatización industrial

ELEMENTOS DEL PROCESO INDUSTRIAL Los elementos básicos del proceso industrial son::Materias primasFuentes de energíaLa fuerza de trabajo y el trabajoEl capitalLa tecnología Organización de la empresa

MATERIAS PRIMASSon los materiales extraídos de la naturaleza o producidos artificialmente y que sirven para construir bienes de consumo.Se clasifican según su origen: Vegetal: madera, celulosa, algodón, goma, etc.Animal: para uso como alimento: carne, pescado, leche, etc.; utilizados en confección de ropa: cuero, lana, pieles y seda.Mineral: son las materias primas de una amplia variedad de elementos y compuestos químicos. Hay de tipo metálico (hierroy sus derivados, como el acero) y no metálicos (gases, líquidos y algunos sólidos y los semiconductores)Fósil: básicamente son carbón y petróleo. Se utilizan comocombustible o para crear otros materiales como plásticos, oleos, etc.

FUENTES DE ENERGÍASon empleadas por el hombre puede extraer energía pararealizar un determinado trabajo u obtener alguna utilidad.Las fuentes de energía principalmente usadas, son los combustibles fósiles, el carbón y el petróleo y sus derivadosen la industria y el transporte. También están otros tipos de energía como:Energía solar, se aprovecha mediante paneles solares.

Energía eólica, se obtienen con turbinas y molinos de viento.

Energía hidráulica, se utilizan centrales para obtener energía de la fuerza del agua en presas, para generar energía eléctrica.

Energía mareomotriz, que aprovecha las fuerzas de las mareas.

Energía geotérmica, consiste en aprovechar el calor que proviene de fuentes térmicas del interior de la tierra.

Energía nuclear, se utiliza el calor desprendido por las reacciones químicas de algunos compuestos, como el uranio.

La materia orgánica: biomasa, gas natural; estas son energías renovables pero no limpias debido a que expulsan CO2.

LA FUERZA DE TRABAJO Y EL TRABAJOEl trabajo es uno de los tres factores de la producción. Es la medida del esfuerzo hecho por seres humanos. También es posible encontrar otras formas de trabajo, como el trabajo autónomo productivo, el trabajoinformal de supervivencia, la servidumbre, etc.

El trabajo está esencialmente relacionado con la construcción y uso de herramientas, y por lo tanto con la técnica y la tecnología, así como con el diseño de los procesos de trabajo y producción.

EL CAPITALEl capital es factor de producción constituido porinmuebles, maquinaria o instalaciones de cualquiergénero, que, se destina a la producción de bienes de consumo. Es la cantidad de recursos, bienes y valores disponiblespara satisfacer una necesidad o llevar a cabo unaactividad definida y generar un beneficio económico o ganancia particular.

La actividad que se realiza puede ser la producción, el consumo, la inversión, la constitución de una empresa, etc.

Cuando éste capital se destina a la producción, se convierte en un factor de producción.

Se distinguen varios tipos de capital:El capital circulante o capital de rotación: es el invertido en elementos que se transformarán en el curso de la producción; cambia sucesivamente de forma, siendo materias primas, productos elaborados, créditos, etc.

El capital fijo es el que, constituido por inmuebles, instalaciones y maquinarias, se destina, con carácter permanente, a la producción.

El capital constante es la inversión en materias primas y maquinarias que se usan en la producción.El capital variable es el que se cambia por trabajo, es decir el invertido en salarios u otros pagos a los trabajadores.

El capital líquido es la diferencia entre el activo y el pasivo.

El capital nacional es la parte del patrimonio nacional constituida por bienes producidos por el hombre.

El capital societario es el conjunto de dinero y bienes materiales aportados por los socios a una empresa.

El capital público es el que pertenece al Estado.

El capital inmaterial es el que no se muestra como algo físico; puede ser el conocimiento, la aptitud, las habilidades, el entrenamiento de una persona, etc.

También se distingue el capital según el periodo de tiempo que tarda en ofrecer un beneficio:

El capital de corto plazo es el tipo de capital del cual se espera obtener un beneficio o renta en un periodo menor a un año.

El capital de largo plazo es el tipo de capital del cual se espera obtener un beneficio o renta en un periodo mayor a un año, como el capital invertido en la constitución de una empresa.

La composición orgánica del capital es la relación entre el capital constante y el capital variable.

LA TECNOLOGÍATecnología es el conjunto de saberes que permiten fabricarobjetos y modificar el entorno, para mejorar las condiciones del ser humano.

Los principales medios para la fabricación de dispositivos son la energía y la información. La energía permite dar a los materialesla forma, ubicación y composición que están descriptas por la información. Las herramientas incorporaron la información en sufuncionamiento y los instrumentos, permiten medir y registrar información.

En general, las máquinas herramientas son combinaciones complejas de varias herramientas gobernadas por información obtenida por instrumentos también incorporados en ellas.

Al construir un nuevo objeto o al innovar sobre uno existente, el ser humano genéricamente tiene en cuenta los siguientes aspectos:

Identificación del problema práctico a resolver: en esta etapa deben quedar bien definidas las características del problema

Establecimiento de los requisitos que debe cumplir la solución: materiales admisibles; cantidad y calidad de mano de obra a usar y su disponibilidad; costos máximos de fabricación, operación y mantenimiento; duración mínima requerida del artefacto

Principio de funcionamiento: frecuentemente hay varias maneras diferentes de resolver un mismo problema, de acuerdo con el entorno natural o social al que apuntan

Diseño del dispositivo: es un requisito de todos los procesos de fabricación industrial

Simulación o construcción de un prototipo: se usan programas de simulación para su fabricación, lo que permite detectar y resolver problemas antes de su manufactura final

Fabricación: se realiza de diferentes formas entre las que están la producción en serie, la fabricación basada en componentes integrables, la intercambiabilidad de partes y el empleo o no de recursos humanos para su elaboración.

ORGANIZACIÓN DE LA EMPRESA

Una empresa es el ejercicio profesional de una actividadeconómica planificada, con la finalidad o el objetivo de obtenerbeneficios intermediando en el mercado de bienes o serviciosmediante la utilización de factores productivos. Para cumplir con este objetivo la empresa combina naturaleza y capital.

La empresa es la unidad económico-social en la que el capital, el trabajo y la dirección se coordinan para realizar una producciónsocialmente útil, de acuerdo con las exigencias del bien común.

Los elementos necesarios para formar una empresa son: capital, trabajo y recursos materiales.

En economía, la empresa es la unidad económica básica encargada de satisfacer las necesidades del mercado mediante la utilización de recursos materiales y humanos. Están coordinadas por un administrador que toma decisiones en forma oportuna para la consecución de los objetivos para los que fueron creadas. Para cumplir con este objetivo la empresa combina naturaleza y capital.Las empresas se clasifican de distintas formas:

Según la actividad económica que desarrolla:

Del sector primario, crea la utilidad de los bienes al obtener los recursos de la naturaleza.Del sector secundario, centra su actividad productiva al transformar físicamente unos bienes en otros más útiles para su uso. En este grupo se encuentran las empresas industriales y de construcción.

Del sector terciario, con actividades de diversa naturaleza, como comerciales, transporte, turismo, asesoría, etc.

Según la forma jurídica, atendiendo la titularidad de la empresa y la responsabilidad legal de sus propietarios:

Empresas individuales: Si solo pertenece a una persona, responde frente a terceros con todos sus bienes, tiene responsabilidad ilimitada. Es la forma más sencilla de establecer un negocio y suelen ser empresas pequeñas o de carácter familiar.

Empresas societarias o sociedades: Constituidas por varias personas. Están: la sociedad anónima, la sociedad colectiva, la sociedad comanditaria y la sociedad de responsabilidad limitada y las sociedades de economía social.

Según su dimensión, teniendo en cuenta el volumen de ventas, el capital propio, número de trabajadores y los beneficios

Microempresa si posee menos de 10 trabajadores.

Pequeña empresa: si tiene menos de 50 trabajadores.

Mediana empresa: si tiene un número entre 50 y 250 trabajadores.

Gran empresa: si posee más de 250 trabajadores.

Según su ámbito de actuación. En función al aspecto geográfico en el que las empresas realizan su actividad: Empresas locales; Regionales; Nacionales y Multinacionales

Según la titularidad del capital, pueden ser:Empresa privada: si el capital está en manos de particularesEmpresa pública: si el capital y el control está en manos del EstadoEmpresa mixta: si la propiedad es compartidaEmpresa de autogestión: si el capital está en manos de los trabajadores

Una empresa combina tres factores que son:Factores activos: empleados, propietarios, sindicatos, bancos…Factores pasivos: materias primas, tecnología, conocimiento, contratos financieros...

Organización: coordinación y orden entre todos los factores y las áreas. La organización empresarial corresponde al proceso de organizar los recursos de los que dispone la empresa, para alcanzar los objetivos deseados. Las estructuras más comunesson:* Organización lineal:

Ventajas del SistemaSencillo y claro. No hay conflicto de autoridades ni fugas de responsabilidad.Se facilita la rapidez de acción.Se crea una firme disciplina.Es más fácil y útil en la pequeña empresa.

Desventajas del SistemaSe carece de especialización.No hay flexibilidad para futuras expansiones.Es muy difícil capacitar a un jefe para supervisar a todos los aspectos que deben coordinar.Se propicia la arbitrariedad del jefe porque absorbe toda la responsabilidad y autoridad.

Organización funcional.

Ventajas del SistemaUna de las ventajas de la estructura funcional es la de colocar cada actividad en manos de un especialista en ese campo particular. Por lo tanto, hace uso máximo del principio de la división de trabajo.

Desventajas del SistemaLa organización funcional pura tiene algunas series de desventajas. Es extremadamente confuso para la base de la misma.

Organización de Línea, Asesoría o Plana MayorEste tipo de organización es un derivado del tipo de organización de línea, en cuanto a que cada uno de los trabajadores rinde cuentas a un solo supervisor correspondiente en cada caso

Organización lineal-Staff.

Ventajas del Sistema

Una ventaja aparente de la estructura líneal y de staff es que consigue una división satisfactoria del trabajo, sin sacrificar demasiados individuos en las operaciones de control.

Desventajas del Sistema

Ocasionalmente surgen dificultades en la forma de organización lineal y de staff. Pueden dar sus consejos de forma que provoquen resentimientos y fricciones. Un componente de la división líneal o supervisor puede tratar de eludir responsabilidades por sus acciones poco afortunadas, delegando la culpa en el consejo recibido de los individuos encuadrados en la división del servicio.

Otras formas de Organización son:

Organización por Comité.El Comité se puede definir como un grupo de personas, designadas o elegidas, a quienes se les confía un asunto, para su resolución. Los comités o “Juntas” o “grupos de trabajo” o “comisión”, facilitan que los individuos se reúnan y hablen sobre diversos asuntos.

Organización divisional.

Organización matricial.

Uno de los aspectos más importantes de la organización es el establecimiento de departamentos, que designan un área o división en particular de una organización sobre la cual un administrador posee autoridad respecto del desempeño de actividades especificas.

A partir de estos elementos la empresa industrial obtiene un producto que se ha de vender en el mercado, donde debe competir en calidad y precio con los productos fabricados de otras empresas.

Reinversión de Beneficios en la organización

La diferencia entre los costos y el precio del producto puede producir beneficios, parte de los cuales se reinvierten en la empresa para:

mantener el proceso de producciónmodernizar la tecnología o introducir otras mejoras.

AUTOMATIZACIÓN

OBJETIVOS DE LA AUTOMATIZACIÓN

Los procesos y procedimientos para automatizar un sistema buscan lograr los siguientes objetivos:

Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costos de la producción y mejorando la calidad de la misma.

Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos difíciles y peligrosos e incrementando la seguridad.Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente.

Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades necesarias en el momento preciso.

Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes conocimientos para la manipulación del proceso productivo.

Integrar la gestión y producción.

Panel de control

También son objetivos los de Integrar varios aspectos de las operaciones de manufactura para:

Mejorar la calidad y uniformidad del producto

Minimizar el esfuerzo y los tiempos de producción.

Mejorar la productividad reduciendo los costos de manufactura mediante un mejor control de la producción.

Mejorar la calidad mediante procesos repetitivos.

Reducir la intervención humana, el aburrimiento y posibilidad de error humano.

Reducir el daño en las piezas que resultaría del manejo manual.

Aumentar la seguridad para el personal.

Ahorrar área en la planta haciendo más eficiente:El arreglo de las máquinasEl flujo de material

Termoformadora

ELEMENTOS DE LA AUTOMATIZACIÓN

Entre los posibles elementos y según su condición de activación se encuentran:

Mecánicos: típicamente usados en la sección de transporte (bandas transportadoras) donde están presentes elementos de engranajes, rodillos, piñones, etc.

Neumáticos y electro neumáticos: utilizables en secciones de dosificación (cilindros neumáticos, válvulas neumáticas y electro-neumáticas, automatismos neumáticos actuadores neumáticos, sensores neumáticos, etc.)

Eléctricos y electrónicos: esta involucrada en todas las secciones del proceso (servomotores, motores trifásicos, motores eléctricos de DC/AC, circuitos de protección, microprocesadores, autómatas programables PLC, controladores analógicos, sensores, transductores, pre-accionadores, drivers de accionamientos, sistemas de comunicaciones, etc.).

ELEMENTOS DE UNA INSTALACIÓN AUTOMATIZADA

MAQUINAS: Son los equipos mecánicos que realizan los procesos, traslados, transformaciones, etc. de los productos o materia prima.

ACCIONADORES: Son equipos acoplados a las máquinas, y que permiten realizar movimientos, calentamiento, ensamblaje, embalaje. Pueden ser:

Accionadores eléctricos: Usan la energía eléctrica, son por ejemplo, electro válvulas, motores, resistencias, cabezas de soldadura, etc.

Accionadores neumáticos: Usan la energía del aire comprimido, son por ejemplo, cilindros, válvulas, etc.

Accionadores hidráulicos: Usan la energía de la presión del agua, se usan para controlar velocidades lentas pero precisas.

PRE ACCIONADORES: Se usan para comandar y activar los accionadores. Por ejemplo, contactores, switch, variadores de velocidad, distribuidores neumáticos, etc.

CAPTADORES: Son los sensores y transmisores, encargados de captar las señales necesarias para conocer el estados del proceso, y luego enviarlas a la unidad de control.

INTERFAZ HOMBRE-MÁQUINA: Permite la comunicación entre el operario y el proceso, puede ser una interfaz gráfica de computadora, pulsadores, teclados, visualizadores, etc.

ELEMENTOS DE MANDO:Son los elementos de cálculo y control que gobiernan el proceso, se denominan autómata, y conforman la unidad de control.

Termo selladora

Los sistemas automatizados se conforman de dos partes: parte de mando y parte operativa.

PARTE DE MANDO: Es la estación central de control o autómata. Es el elemento principal del sistema, encargado de la supervisión, manejo, corrección de errores, comunicación, etc.

PARTE OPERATIVA: Es la parte que actúa directamente sobre la máquina, son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice las acciones. Son por ejemplo, los motores, cilindros, compresores, bombas, relés, etc.

GRADO DE AUTOMATIZACIÓN

Se distinguen los siguientes grados:Aplicaciones en pequeña escala como mejorar el funcionamiento de una maquina en orden a:

Mayor utilización de una máquina, mejorando del sistema de alimentación.

Posibilidad de que un hombre trabaje con más de una máquina.

Coordinar o controlar una serie de operaciones y una serie de magnitudes simultáneamente.

Realizar procesos totalmente continuos por medio de secuencias programadas.

Procesos automáticos en cadena, con posibilidad de autocontrol y auto corrección de desviaciones.

En la automatización no siempre se justifica la implementación de sistemas de automatización, pero existen ciertas señales indicadoras que justifican y hacen necesario la implementación de estos sistemas, los indicadores principales son los siguientes:

- Requerimientos de un aumento en la producción

- Requerimientos de una mejora en la calidad de los productos

- Necesidad de bajar los costos de producción

- Escasez de energía

- Encarecimiento de la materia prima

- Necesidad de protección ambiental

- Necesidad de brindar seguridad al personal

- Desarrollo de nuevas tecnologías

Maqueta de automatización de proceso con PLC

Lavadero de autos

CLASES DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL Y TIPOS DE PROCESOS INDUSTRIALES

Hay tres clases muy amplias de automatización industrial: automatización fija, automatización programable, y automatización flexible. La automatización fija se utiliza cuando el volumen de producción es muy alto, y por tanto se puede justificar económicamente el alto costo del diseño de equipo especializado para procesar el producto, con un rendimiento alto y tasas de producción elevadas. Además de esto, otro inconveniente de la automatización fija es su ciclo de vida que va de acuerdo a la vigencia del producto en el mercado.

La automatización programable se emplea cuando el volumen de producción es relativamente bajo y hay una diversidad de producción a obtener. En este caso el equipo de producción es diseñado para adaptarse a la variaciones de configuración del producto; ésta adaptación se realiza por medio de un programa (Software). Por su parte la automatización flexible es más adecuada para un rango de producción medio. Estos sistemas flexibles poseen características de la automatización fija y de la automatización programada. Los sistemas flexibles suelen estar constituidos por una serie de estaciones de trabajo interconectadas entre si por sistemas de almacenamiento y manipulación de materiales, controlados en su conjunto por una computadora. De los tres tipos de automatización, la robótica coincide más estrechamente con la automatización programable.

Tipos de Automatización

Existen cinco formas de automatizar en la industria moderna, de modo que se deberá analizar cada situación a fin de decidir correctamente el esquema más adecuado.Los tipos de automatización son:

Control Automático de Procesos

El Procesamiento Electrónico de Datos

La Automatización Fija

El Control Numérico Computarizado

La Automatización Flexible.

El Control Automático de Procesos, se refiere usualmente al manejo de procesos caracterizados de diversos tipos de cambios (generalmente químicos y físicos); un ejemplo de esto lo podría ser el proceso de refinación de petróleo.

El Proceso Electrónico de Datos frecuentemente es relacionado con los sistemas de información, centros de cómputo, etc. Sin embargo en la actualidad también se considera dentro de esto la obtención, análisis y registros de datos a través de interfaces y computadores.

La Automatización Fija, es aquella asociada al empleo de sistemas lógicos tales como: los sistemas con relés, PLC’S y controladores programables.

Un mayor nivel de flexibilidad lo poseen las máquinas de control numérico computarizado. Este tipo de control se ha aplicado con éxito a Máquinas de Herramientas de Control Numérico (MHCN). Entre las MHCN se puede mencionar:

Fresadoras CNC. Tornos CNC. Máquinas de Electroerosionado Máquinas de Corte por Hilo, etc.

El mayor grado de flexibilidad en cuanto a automatización hace referencia al de los Robots industriales que en forma más genérica se les denomina como "Celdas de Manufactura Flexible".

Tipos de procesos industriales Existen varios tipos de clasificación, sin embargo la que se utiliza con mayor frecuencia para discutir los tipos de procesos de control y las aplicaciones de comunicaciones es la segmentación de las industrias en unidades de operación continuas, discontinuas, por lotes y discretas. Operaciones continuas Las operaciones continuas son aquellas en las que la materia prima, los productos intermedios y finales son fluidos y son procesados de manera continua por un largo período de tiempo, en ocasiones por años, sin paro alguno. En lugar de la tecnología de productos, la tecnología de procesos regularmente es la llave para el éxito de la economía. Ejemplo de este tipo de operaciones se encuentran en industrias como la química, la petrolera y la energética. Operaciones discontinuas Son lo mismo que las operaciones continuas excepto que con frecuencia se cambia de un producto a otro. Esto implica que en ocasiones se realicen paros y arranques en intervalos frecuentes, o

cambiar de una condición de operación a otra con el fin de realizar un producto similar. Para que estos procesos sean costeables en su operación, se realiza una automatización adicional para realizar los cambios en las condiciones de operación. Ejemplos de este tipo de operaciones son las industrias que fabrican papel, alimentos y algunos procesos químicos.

Operaciones por lotes Además de correr de manera discontinuo, son diferentes en el sentido en que el Procesamiento se realiza siguiendo una secuencia específica. La materia prima se mezcla toda junta y luego se procesa en una trayectoria específica bajo ciertas condiciones de operación como temperatura, presión, densidad, viscosidad, etc. En algunas ocasiones se usan aditivos adicionales en diferentes momentos en el ciclo de procesamiento. El producto deseado es separado o condicionado en unidades de

operación por lotes. Las operaciones por lotes son la forma más antigua de operar pero las más frecuentemente usada en industrias como la química, de alimentos, minerales, fármacos, textiles y pieles. Operaciones discretas Las operaciones discretas son aquellas en las que se produce un producto a la vez, como los automóviles, refrigeradores, aviones, barcos, etc. Estos procesos utilizan una línea de ensamblaje donde el producto se mueve a través de las diferentes unidades de operación o el producto puede permanecer de manera estacionaria con diferentes procesos en un mismo lugar. Los productos pueden ser fabricados uno a la vez o en grandes cantidades en una línea de producción masiva.

La industria de procesos fluidos

Las industrias de procesos fluidos se encuentran entre los tipos de proceso continuo, discontinuo y por lotes.

Sus productos se caracterizan porque fluyen continuamente a través de las operaciones de manufactura.

La materia pierde su identidad debido a los cambios en su estructura molecular durante su procesamiento lo cual hace difícil su invención y seguimiento.

Monitoreo y control de plataformas petroleras

Este tipo de industrias regularmente son operadas por dos o tres personas desde una cabina de control.

Las industrias de procesos discretos trabajan principalmente con partes individuales, procesadas en operaciones de tipo discreto o por lotes, posteriormente son ensambladas en productos discretos. Regularmente existe una gran cantidad de personas trabajando y operando en este tipo de industrias.

La mayoría de programas para la administración de las plantas con la programación y seguimiento de las tareas, los inventarios y costos fueron desarrollados para las industrias de procesos discretos por lo tanto no reflejan las necesidades de las industrias de procesos fluidos.

HISTORIA DE LOS PROCESOS INDUSTRIALES, LA ROBOTICA Y LA AUTOMATIZACIÓN

ROBOTSIsaac Asimov, escritor de ciencia ficción (1939) proyecto la imagen de robot como una máquina bien diseñada y con una seguridad garantizada que actúa de acuerdo con tres principios.

Estos principios fueron denominados por Asimov las Tres Leyes de la Robótica, y son:

* Un robot no puede actuar contra un ser humano o, mediante la inacción, que un ser humano sufra daños.

* Un robot debe de obedecer las ordenes dadas por los seres humanos, salvo que estén en conflictos con la primera ley.

* Un robot debe proteger su propia existencia, a no ser que esté en conflicto con las dos primeras leyes.

Un robot puede ser descompuesto en un conjunto de subsistemas funcionales: procesos, planeación, control, sensores, sistemas eléctricos, y sistemas mecánicos.

El subsistema de Software es una parte implícita de los subsistemas de sensores, planeación, y control; que integra todos los subsistemas como un todo.

A continuación se ilustra el recorrido histórico de la automatización industrial y de procesos.

Historia

En los siglos XVII y XVIII en Europa fueron construidos muñecos mecánicos que tenían algunas características de robots.

Reloj de Ktsibios

300 AC

En el siglo XVIII Jacques de Vauncansos construyó músicos de tamaño humano, se trataba de robots mecánicos diseñados para un propósito específico: la diversión.

1745: Máquinas de tejido controladas por tarjetas perforadas. Hubo otras invenciones mecánicas durante la revolución industrial, 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), Joseph Marie Jacquard patenta un telar automático utilizando tarjetas perforadas (1801)

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.

1817-1870: Máquinas especiales para corte de metal. 1863: Primer piano automático, inventado por M. Fourneaux.1856-1890: Sir Joseph Whitworth enfatiza la necesidad de piezas intercambiables.1870: Primer torno automático, inventado por Christopher Spencer.

Los orígenes y avances de la Automatización Industrial se resumen en:

PRINCIPIOS SIGLO XX HASTA AÑOS 50

Orígenes con la revolución industrial.

Se utilizan elementos mecánicos y electromagnéticos (motores, relés, temporizadores, contadores).

Surgen los controles hidráulicos, neumáticos y electrónicos para máquinas de corte automáticas.John Parsons comienza investigación sobre control numérico (1945-1948) Problema: los armarios eléctricos (armarios de control) aumentan de tamaño según se hacen automatizaciones más complejas.

AÑOS 50Comienzan a utilizarse los semiconductores (electrónica).Se reduce el tamaño de los armarios eléctricos.Se reduce el número de averías por desgaste de componentes.Problema: falta de flexibilidad: un sistema de control sólo sirve para una aplicación específica, y no es reutilizable.

AÑO 1968: NECESIDADES Y SOLUCIONES

Ford y General Motors plantean las especificaciones que debe cumplir un controlador electrónico programable para ser

realmente útil en la industria: fundamentalmente, necesidad de programación.

Bedford associates desarrolla un prototipo de controlador industrial. Puede ser considerado el primer PLC de la historia

(programmable logic controller o autómata programable industrial). Tenía como características:

• Reutilizable.• Adaptado a entornos agresivos (industria)

• Fácilmente programable por técnicos eléctricos.• Implementado con electrónica de estado sólido

(semiconductores)

Los primeros PLC se usan en control de procesos secuenciales cadenas de montaje, transporte, etc.

Problema: memoria cableada, la reutilización es posible pero costosa.

PRINCIPIOS 70: APARECE EL MICROPROCESADOR

Primeros ordenadores digitales.

Más flexibilidad por la facilidad de programación (desaparecen las memorias cableadas).

Problema: no utilizables en la industria por falta de robustez, dificultad de conexión a equipos mecánicos y dificultad de programación.

MEDIADOS 70

Los autómatas incorporan el microprocesador.

Se pueden reprogramar sin recablear (aumenta flexibilidad).

Permiten realizar cálculos matemáticos.

Se pueden comunicar con un ordenador central (ordenador encargado de controlar la planta enviando órdenes a los autómatas que gobiernan cada proceso).

FINALES 70: MEJORAS EN LOS AUTÓMATAS

Mayor memoria.Capacidad de gobernar bucles de control.Más tipos de E/S (conexión más flexible de

sensores/actuadores).Lenguajes de programación más potentes.

Comunicaciones más potentes.

AÑOS 80: CONTINÚAN LAS MEJORAS

Mayor velocidad de proceso.Dimensiones más reducidas.

Técnicas de control más complejas (PID, inteligente, fuzzy).Múltiples lenguajes (contactos, lista instrucciones, GRAFCET,

etc.).

ACTUALIDAD: GRAN VARIEDAD DE AUTÓMATAS

Compactos y sencillos para aplicaciones incluso domésticas:

• Abrir/cerrar puertas.• Control de iluminación o control de riego, etc.

Gama alta• Modulares.• Grandes posibilidades de ampliación.• Prestaciones similares a las de un pequeño computador.• TENDENCIAS

Evolución continua de los sistemas de comunicación:

• Redes de autómatas.

• CIM: producción integrada y controlada por ordenador con múltiples autómatas.• Redes de sensores/actuadores conectadas a los autómatas (AS-interface).• Múltiples estándares de comunicación (Profibus, ethernet industrial,…)

AUTOMATIZACION DE UNA BANDA TRANSPORTADORA CON UN PLC

CONTROL AUTOMÁTICO

El control automático juega un papel vital en el avance de la ingeniería y de la técnica y se ha convertido en parte importante e integral de los procesos de manufactura e industriales actuales.,

El control automático es esencial en operaciones donde se deben de controlar variables como presión, humedad, temperatura, flujo o viscosidad, también es vital en la industria de manufactura, para el maquinado, manejo y armado de piezas mecánicas entre otras y es de extrema importancia en aplicaciones como el pilotaje automático de vehículos o aviones, naves espaciales, edificios y casas inteligentes, o guiado de proyectiles.

El primer trabajo en control automático, fue el regulador centrífugo de James Watt para controlar la velocidad de una máquina de vapor.

Con sus trabajos en controles automáticos para la dirección de navíos, Minorsky en 1922, demostró, cómo se podría determinar la ESTABILIDAD, a partir de las ecuaciones diferenciales que describen el sistema. Nyquist en 1932 determinó la estabilidad de los sistemas de lazo cerrado sobre la base de la respuesta a lazo abierto con excitación senoidal en régimen permanente.

SERVOMECANISMO, fue el término que Hazen introdujo en 1934, para los sistemas de control de posición. Es el estudio el diseño de servomecanismos capaces de seguir una entrada cambiante. En la década de los 40 se desarrollo completamente el método del LUGAR DE LAS RAICES y el de RESPUESTA DE FRECUENCIA, que son el corazón de la teoría del control.

La automatización industrial evoluciona a la par con los sistemas electrónicos, mecánicos, eléctricos e informáticos.

En un principio, para automatizar un proceso se utilizaban señales eléctricas de bajo voltaje y transistores.

Después circuitos integrados y microprocesadores, y posteriormente las computadoras empezaron a formar parte del control de procesos.

Como las plantas modernas tienen muchas entradas y salidas se van haciendo mas y mas complejas se desarrollaron controladores especializados con las herramientas necesarias para controlarlas; así surge el PLC que es un dispositivo programable que se puede adaptar a las necesidades de cualquier proceso que se quiera automatizar.

Después fue necesaria la integración de estos sistemas de control con sistemas de adquisición y procesamiento de datos, hasta lograr las actuales redes de control automático y dispositivos, que controlan cualquier proceso, otros sistemas de control, autómatas o robots.

La automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos.

Un sistema automatizado consta de dos partes principales: Parte de Mando y Parte Operativa

La parte operativa es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada.

Los elementos que forman la parte operativa son los accionadores de las máquinas como motores, cilindros, compresores etc. y los componentes de sensórica o captadores como fotodiodos, finales de carrera etc.

Algunas de las terminologías, condiciones y tipos utilizados en la automatización y los procesos industriales se definen y señalan a continuación

CONTROL INDUSTRIAL

El Control Industrial comprende todas las acciones humanas y elementos materiales usados para llevar a cabo una actividad industrial o la transformación y/o transporte de un producto industrial.

Como elementos de Control Industrial están dispositivos magnéticos, eléctricos, electrónicos, informáticos (software) o combinaciones de estos.

Cada vez es más común el uso de Controladores Lógicos Programables (PLC), que se configuran para ejercer funciones de supervisión y control, tomando decisiones y evaluando valores de proceso con márgenes de error mínimos, lo que redunda en más seguridad, precisión y confiabilidad en la operación de un proceso.

Las computadoras industriales constituyen una herramienta accesible para realizar el control y supervisión de una planta y gestión de líneas de producción, además, constituyen el enlace con las decisiones administrativas y otros modelos de producción.

Por lo general un PLC o sistema de control está acompañado por un por una interfaz de usuario HMI, cuya función es brindar la visualización del proceso industrial, así como mostrar los valores de proceso, alarmas y ofrecer al operador un punto central para la operación de la planta.

Actualmente existe una tendencia a estandarizar las formas de automatización mediante protocolos de comunicación abiertos (total o parcialmente) o propietarios, como ejemplo OPC (OLE forProcess Control), profibus, fieldbus, controlnet, etc.

Esquema de un circuito de fuerza y control de arrancador Y-D

APLICACIONES DE LOS ROBOTS EN EL CONTROL INDUSTRIAL

Los robots son utilizados en una diversidad de aplicaciones, desde robots tortugas en los salones de clases, robots soldadores en la industria automotriz, hasta brazos teleoperados en el transbordador espacial.

Cada robot lleva consigo su problemática propia y sus soluciones afines; no obstante que mucha gente considera que la automatización de procesos a través de robots está en sus inicios, es un hecho innegable que la introducción de la tecnología robótica en la industria, ya ha causado un gran impacto. En este sentido la industria Automotriz desempeña un papel preponderante.

Es necesario hacer mención de los problemas de tipo social, económicos e incluso político, que puede generar una mala orientación de robotización de la industria. Se hace indispensable que la planificación de los recursos humanos, tecnológicos y financieros se realice de una manera inteligente.

Los robots son utilizados por una diversidad de procesos industriales como lo son : la soldadura de punto y soldadura de arco, pinturas de spray, transportación de materiales, molienda de materiales, moldeado en la industria plástica, máquinas-herramientas, y otras más.

Aplicación de transferencia de material

Las aplicaciones de transferencia de material se definen como operaciones en las cuales el objetivo primario es mover una pieza de una posición a otra. Se suelen considerar entre las operaciones más sencillas o directas de realizar por los robots. Las aplicaciones normalmente necesitan un robot poco sofisticado, y los requisitos de enclavamiento con otros equipos son típicamente simples.

Carga y descarga de maquinas.

Estas aplicaciones son de manejos de material en las que el robot se utiliza para servir a una máquina de producción transfiriendo piezas a/o desde las máquinas. Existen tres casos que caen dentro de ésta categoría de aplicación:

Carga/Descarga de Máquinas. El robot carga una pieza de trabajo en bruto en el proceso y descarga una pieza acabada. Una operación de mecanizado es un ejemplo de este caso.

Carga de máquinas. El robot debe de cargar la pieza de trabajo en bruto a los materiales en las máquinas, pero la pieza se extrae mediante algún otro medio. En una operación de prensado, el robot se puede programar para cargar láminas de metal en la prensa, pero las piezas acabadas se permite que caigan fuera de la prensa por gravedad.

Descarga de máquinas. La máquina produce piezas acabadas a partir de materiales en bruto que se cargan directamente en la máquina sin la ayuda de robots. El robot descarga la pieza de la máquina. Ejemplos de ésta categoría incluyen aplicaciones de fundición de troquel y moldeado plástico.

Operaciones de procesamiento.

Además de las aplicaciones de manejo de piezas, existe una gran clase de aplicaciones en las cuales el robot realmente efectúa trabajos sobre piezas. Este trabajo casi siempre necesita que el efector final del robot sea una herramienta en lugar de una pinza.

Por tanto la utilización de una herramienta para efectuar el trabajo es una característica distinta de este grupo de aplicaciones. El tipo de herramienta depende de la operación de procesamiento que se realiza.

Soldadura por puntos (discontinua).La soldadura por puntos es un proceso en el que dos piezas de metal se soldan en puntos localizados al hacer pasar una gran corriente eléctrica a través de las piezas donde se efectúa la soldadura.Soldadura por arco continua.Se utiliza para obtener uniones largas o grandes uniones soldadas en las cuales, a menudo, se necesita una cierre hermético entre las dos piezas de metal que se van a unir. El proceso utiliza un electrodo en forma de barra o alambre de metal para suministrar la alta corriente eléctrica de 100 a 300 A.

Recubrimiento con sprayLa mayoría de los productos fabricados de materiales metálicos requieren de alguna forma de acabado de pintura antes de la entrega al cliente. La tecnología para aplicar estos acabados varia en la complejidad desde métodos manuales simples a técnicas automáticas altamente sofisticadas. Se dividen los métodos de recubrimiento industrial en dos categorías:

1.- Métodos de recubrimiento de flujo e inmersión. 2.- Métodos de recubrimiento al spray.

Otras Operaciones de procesoTaladro, acanalado, y otras aplicaciones de mecanizado. Rectificado, pulido, desbarbado, cepillado y operaciones similares. Remachado, Corte por chorro de agua. Taladro y corte por láser.

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