FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE HONDURAS “INTRODUCCIÓN
A LOS SISTEMAS DE CONTROL” EXPOSICIÓN # 1
IE-812, CONTROL DE MAQUINAS
Pablo Daniel Oseguera Serrano, Ricardo Alberto Zelaya Sánchez,
# 20111004613 # 20091001829
Docente: Ing. Norman Flores Departamento de Ingeniería Eléctrica
Ciudad Universitaria, Tegucigalpa M.D.C, 01 de febrero de 2017
”La Educación es la Primera Necesidad de la República” Universidad Nacional Autónoma de Honduras / CIUDAD UNIVERSITARIA / Tegucigalpa M.D.C. / www.unah.edu.hn
CONTROL DE MAQUINAS
INTRODUCCIÓN El control de máquinas se ha convertido en una parte muy importante para poder realizar todas nuestras actividades cotidianas, ya que en la actualidad este se encuentra presente en la mayoría de nuestras labores diarias. El poder controlar las maquinas es una herramienta que facilita procesos y los convierte más óptimos. El poder controlar las maquinas abre el camino a la automatización de procesos, de esta manera con el tiempo las labores que eran cotidianas y tediosas se van facilitando o desapareciendo, aparecen nuevas labores como el mantenimiento a las maquinas pero estas son más sencillas. La humanidad ha demostrado que con el ingenio se pueden resolver y facilitar aun las actividades más complejas.
Palabras clave: control, máquina y automatización. DEFINICIÓN DE MAQUINA Es un conjunto de elementos móviles o fijos cuyo funcionamiento posibilita aprovechar, dirigir, regular o transformar energía, o realizar un trabajo con un fin determinado. Ejemplos: Carros, estufas, lavadoras, transformadores, motores e tc.
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DEFINICIÓN DE CONTROL Es un mecanismo preventivo y correctivo adoptado por la administración de una dependencia o entidad que permite la oportuna detección y corrección de desviaciones, ineficiencias o incongruencias en el curso de la formulación, instrumentación, ejecución y evaluación de las acciones, con el propósito de procurar el cumplimiento de la normatividad que las rige, y las estrategias, políticas, objetivos, metas y asignación de recursos. Ejemplos: Inspección, fiscalización. Dominio, mando. Dispositivo para regular la acción de un mecanismo.
DEFINICION DE AUTOMATIZACIÓN Es la aplicación de máquinas o de procedimientos automáticos en la realización de uno o muchos procesos desde lo simple hasta en la industria. Ejemplos: robótica, sistemas operativos y otros.
HISTORIA DEL DESARROLLO DEL CONTROL DE MÁQUINAS Jacques de Vauncansos construyo varios músicos de tamaño humano a mediados del siglo XVIII. Se trataba de robots mecánicos diseñados para un propósito específico: la diversión. El suizo Henri Maillardet construyo en 1805 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. Estos inventos mecánicos de forma humana deben considerarse como inversiones que reflejaron el genio de hombres que se anticiparon a su época.
El autómata "Proyectista-escritor" por Henri Maillardet
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La fabricación automatizada surgió de la íntima relación entre fuerzas económicas e innovaciones técnicas como la división del trabajo, la transferencia de energía y la mecanización de las fábricas y sistemas de alimentación. La división del trabajo o sea la reducción de un proceso de fabricación o de prestación de servicios a sus faces independientes más pequeñas se desarrolló en la segunda mitad del siglo XVIII y fue analizada por primera vez por el economista británico Adam Smith en su libro ``Investigación sobre la naturaleza y causas de la riqueza de las naciones (1776) ´´. En la fabricación, la división del trabajo permitió incrementar la producción y reducir el nivel de especialización de los obreros. En la década de 1920 la industria del automóvil cambio estos conceptos en un sistema de producción integrado. El objetivo de este sistema de línea de montaje era reducir los precios. A pesar de los avances más recientes, este es el sistema de producción con el que la mayoría de la gente asocia al término automatización. La automatización industrial En comunicaciones y aviación como los equipos automáticos de conmutación telefónica, los pilotos automáticos y los sistemas automatizados de guía y control se utilizan para efectuar diversas tareas con más rapidez o mejor de lo que podría hacerlo un ser humano en el mismo tiempo. La automatización y la sociedad mundial La automatización ha permitido incrementar la producción y reducir los costos, poniendo autos, refrigeradores, televisiones, teléfonos y otros productos al alcance de más gente. El tema que mayor atención ha recibido últimamente es la relación entre la automatización y el desempleo. Ciertos economistas defienden que la automatización ha tenido un efecto mínimo, o ninguno, sobre el desempleo. Sostiene que los trabajadores son desplazados, y que por lo general son contratados para otras tareas dentro de la misma empresa, o bien en el mismo trabajo en otra empresa que todavía no se ha automatizado.
OBJETIVOS DEL CONTROL DE MAQUINAS 1. 2. 3. 4.
Mejorar la calidad del servicio brindado por la maquina Minimizar el esfuerzo empleado para operar la maquina Optimizar el proceso realizado por la maquina Aumentar la seguridad del operador de la maquina
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DIFERENCIA ENTRE CONTROL DE MÁQUINAS Y AUTOMATIZACIÓN Es importante saber que la automatización es un proceso que se lleva a cabo; simplificando labores, programando labores, que antes eran realizadas por personal humano, este actúa ante valores (previamente registrados en una base de datos) que están predeterminados o ajustados por un control para poder terminar un producto o un servicio. El control de la maquina es el que dicta como va a reaccionar ante una dada circunstancia, por ejemplo en una ensambladora de carros, los brazos robóticos están automatizados para armar un carro, pero el control es el que le dice que tipo de carro es el que va armar.
CONTROL DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS
Dentro de las grandes posibilidades que se tiene a partir de lo existente, cualquier aparato, mecanismo o sistema es apto para sufrir modificaciones de este tipo, basta únicamente con aplicar conceptos de las ciencias básicas, con conceptos más nuevos, tecnológicos y de gran alcance. Sistemas de cualquier tipo como mecánico, eléctrico, neumático, etc. son aquellos que sitúan dentro de la escala de evolución tecnológica al humano en cada espacio de tiempo, siendo cada uno de estos sistemas en la vida cotidiana del hombre indispensables para su funcionamiento normal dentro de cualquier ámbito. En el proceso de automatización, se pueden evidenciar sistemas y mecanismos de todo tipo, desde una impresora, hasta salas de control de proceso de
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Como proceso la automatización se compone de tres fases, el ingreso de datos, el procesamiento de dichos datos la salida y ejecución de los mismos. En el ingreso de datos se encuentra que pueden ser operados por pulsadores, perillas, accionadores, así como las variables de entrada pueden ser de tipo físico como temperaturas, presión, humedad, etc. El manejo de estas variables permiten al operador o programador, generar una serie de características a un programa para que cumpla luego de ser analizadas las funciones requeridas por programador. Así por ejemplo a partir del ingreso a un sistema de un nivel de temperatura, el programador puede usar esta variable física como señal de inicio para efectuar un proceso automático, como lo es la calefacción. Durante el procesamiento de las entradas, y mediante el uso de tecnologías como la computación, los procesadores, etc., el hombre decodifica dichas entradas en lenguajes entendibles para la máquina, esto hace que haya una cambio de datos sin perder el fin al que se quiere llevar, así por ejemplo al recibir del exterior una temperatura x el sistema determina mediante programaciones anteriores que tipo de procedimiento debe seguir para ejecutar una acción. Así pues si el procesador tiene como variable definida una temperatura de 20 grados como nivel de referencia, al ingresar una variable exterior, como por ejemplo 30° grados el procesador realizara a nivel interno una serie de acciones como comparar, ajustar, verificar amabas señales, una vez realizadas estas acciones determinara cual es la mejor solución, a partir de las necesidades del hombre. De esta manera el sistema de calefacción puede determinar que es momento de activar un sistema aparte que genere una similitud entre las variables. Sin duda este momento es de vital importancia en cualquier sistema automatizado, pues de la preparación previa de la programación dependen en gran medida los resultados esperados. la salida de datos o ejecución de órdenes, después de haber realizado los procesos propios del análisis de datos de entrada y luego de encontrar una respuesta y solución al problema, el sistema mediante algún tipo de comunicación
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transmite sus conclusiones a sistemas generalmente de tipo mecánico, como lo son actuadores, motores, etc.
HERRAMIENTAS DE LA AUTOMATIZACIÓN DE LAS MAQUINAS ELÉCTRICAS QUE PERMITEN EL CONTROL DE MAQUINAS Las primeras herramientas de interés en el tema que surgieron fueron los termómetros, manómetros etc. Estos iniciaron la automatización industrial, con ello abrió paso a un nuevo nivel de control que es la medición provocando establecimiento de sistemas mecánicos que se encargasen de los mismos. Pronto las maquinas eran capaces de actuar en base a lecturas esto dio lugar a los sistemas hidráulicos y neumáticos facilitando procesos con mayor eficacia y prontitud. Lo que para mejorar las tareas se buscaron nuevas alternativas y con la aparición de la electricidad abrió campo a los motores eléctricos. La versatilidad de estos últimos, genero brillantes incorporaciones de control que evolucionaron velozmente durante los últimos 150 años. Las automatizaciones anteriores se convierten en herramientas recursivamente progresando en los computadores y programación. Las definiciones de las herramientas más relevantes son:
SENSORES Un sensor es un objeto capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: intensidad lumínica, temperatura, distancia, aceleración, inclinación, presión, desplazamiento, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc. Resolución y precisión La resolución de un sensor es el menor cambio en la magnitud de entrada que se aprecia en la magnitud de salida. Sin embargo, la precisión es el máximo error esperado en la medida.
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TRANSDUCTOR Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir una determinada manifestación de energía de entrada, en otra diferente a la salida, pero de valores muy pequeños en términos relativos con respecto a un generador. El tipo de transductor ya nos indica cual es la transformación que realiza (por ejemplo electromecánico, transforma una señal eléctrica en mecánica o viceversa). Es un dispositivo usado principalmente en la industria, en la medicina, en la agricultura, en robótica, en aeronáutica, etc., para obtener la información de entornos físicos y químicos y conseguir (a partir de esta información) señales o impulsos eléctricos o viceversa. Los transductores siempre consumen cierta cantidad de energía por lo que la señal medida resulta atenuada.
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CONTACTOR Un contactor es un componente electromecánico que tiene por objetivo establecer o interrumpir el paso de corriente, ya sea en el circuito de potencia o en el circuito de mando, tan pronto se dé tensión a la bobina (en el caso de contactores instantáneos). Un contactor es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente eléctrica de un receptor o instalación, con la posibilidad de ser accionado a distancia, que tiene dos posiciones de funcionamiento: una estable o de reposo, cuando no recibe acción alguna por parte del circuito de mando, y otra inestable, cuando actúa dicha acción. Este tipo de funcionamiento se llama de "todo o nada". En los esquemas eléctricos, su simbología se establece con las letras KM seguidas de un número de orden. Constructivamente son similares a los relés, y ambos permiten controlar en forma manual o automática, ya sea localmente o a distancia toda clase de circuitos. Pero se diferencian por la misión que cumple cada uno: los relés controlan corrientes de bajo valor como las de circuitos de alarmas visuales o sonoras, alimentación de contactores, etc; los contactores se utilizan como interruptores electromagnéticos en la conexión y desconexión de circuitos de iluminación y fuerza motriz de elevada tensión y potencia.
Contactos
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Simbología de polos (arriba) y Contactos Auxiliares (abajo). Son elementos conductores que tienen por objeto establecer o interrumpir el paso de corriente en cuanto la bobina se energice. Todo contacto está compuesto por tres conjuntos de elementos: Dos partes fijas ubicadas en la coraza y una parte móvil colocada en la armadura para establecer o interrumpir el paso de la corriente entre las partes fijas. El contacto móvil lleva el mencionado resorte que garantiza la presión y por consiguiente la unión de las tres partes. Contactos principales: Su función es establecer o interrumpir el circuito principal, consiguiendo así que la corriente se transporte desde la red a la carga. Simbología: se referencian con una sola cifra del 1 al 6. Contactos auxiliares. Su función específica es permitir o interrumpir el paso de la corriente a las bobinas de los contactores o los elementos de señalización, por lo cual están dimensionados únicamente para intensidades muy pequeñas. Los tipos más comunes son: Instantáneos. Actúan tan pronto se energiza la bobina del contactor. Se encargan de abrir y cerrar el circuito. Temporizados. Actúan transcurrido un tiempo determinado desde que se energiza la bobina (temporizados a la conexión) o desde que se desenergiza la bobina (temporizados a la desconexión). De apertura lenta. El desplazamiento y la velocidad del contacto móvil es igual al de la armadura. De apertura positiva. Los contactos cerrados y abiertos no pueden coincidir cerrados en ningún momento. En su simbología aparecen con dos cifras donde la unidad indica:
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1 y 2, contacto normalmente cerrados, NC. 3 y 4, contacto normalmente abiertos, NA. 5 y 6, contacto NC de apertura temporizada o de protección. 7 y 8, contacto NA de cierre temporizado o de protección. Por su parte, la cifra de las decenas indica el número de orden de cada contacto en el contactor. En un lado se indica a qué contactor pertenece.
FUSIBLE En electricidad, se denomina fusible a un dispositivo, constituido por un soporte adecuado y un filamento o lámina de un metal o aleación de bajo punto de fusión que se intercala en un punto determinado de una instalación eléctrica para que se funda (por Efecto Joule) cuando la intensidad de corriente supere (por un cortocircuito o un exceso de carga) un determinado valor que pudiera hacer peligrar la integridad de los conductores de la instalación con el consiguiente riesgo de incendio o destrucción de otros elementos.
PLC PLC son las siglas en inglés de Controlador Lógico Programable (Programable Logic Controller). Comenzaron llamándose PC (Controlador programable), pero con la llegada de los ordenadores personales de IBM, cambió su nombre a PLC El PLC es un dispositivo electrónico que puede ser programado por el usuario y se utiliza en la industria para resolver problemas de secuencias en la maquinaria o procesos, ahorrando costos en mantenimiento y aumentando la confiabilidad de los equipos
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ARDUINO El hardware consiste en una placa de circuito impreso con un microcontrolador, usualmente Atmel AVR, puertos digitales y analógicos de entrada/salida,4 , los cuales pueden conectarse a placas de expansión (shields), que amplían las características de funcionamiento de la placa Arduino. Asimismo, posee un puerto de conexión USB desde donde se puede alimentar la placa y establecer comunicación con el computador. el software consiste en un entorno de desarrollo (IDE) basado en el entorno de Processing y lenguaje de programación basado en Wiring, así como en el cargador de arranque (bootloader) que es ejecutado en la placa.4 El microcontrolador de la placa se programa mediante un computador, usando una comunicación serial mediante un convertidor de niveles RS-232 a TTL serial.
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SOFTWARE Conjunto de programas y rutinas que permiten a la computadora realizar determinadas tareas, que se pueden o no modificar según sea la necesidad.
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Hardware La palabra hardware en informática se refiere a las partes físicas tangibles de un sistema informático; sus componentes eléctricos, electrónicos, electromecánicos y mecánicos. Cables, gabinetes o cajas, periféricos de todo tipo y cualquier otro elemento físico involucrado componen el hardware
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CIRCUITOS HIDRÁULICOS Y NEUMÁTICOS
Desarrollo típicos de circuitos electrohidráulico Los circuitos electrohidráulicos permiten darnos cuenta de las múltiples posibilidades que se alcanzan con su utilización y puede ser un punto de partida para comprender las maquinas más complicadas. Estas máquinas pueden utilizar distintos tipos de aceites para trabajar, entre ellos destacan tres tipos, mezclas de aceites minerales, mezclas de agua-aceites y aceites sintéticos, además, estos tienen una doble función, aparte de generar potencia, también funcionan como lubricantes. La dirección electro-hidráulica o EHPS (Electro-Hydraulic Powered Steering) es una evolución de la dirección hidráulica. En vez de utilizar una bomba hidráulica conectada al motor utiliza un motor eléctrico para mover la bomba hidráulica.
En la introducción de este tema, se presentara la estructura y el modo de funcionamiento de los componentes utilizados principalmente para desarrollar un sistema de control electrohidráulico.
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Electrohidráulica Un sistema electrohidráulico es un conjunto de elementos que, dispuestos en forma adecuada y conveniente, producen energía electrohidráulica partiendo de otra fuente, que normalmente es electromecánica (motor eléctrico) o termo mecánica (motor de combustión interna). La energía entregada por los medios mencionados es receptada por los elementos del sistema, conducida, controlada y por ultimo transformada en energía mecánica por los actuadores. El fluido transmisor de esta energía es principalmente aceite, evidentemente no cualquier aceite. Ya que debe poseer algunas características particulares. La energía electrohidráulica se genera de la siguiente manera. Se recibe energía electromecánica a través de la bomba de instalación. Esta la impulsa obligándola a pasar por el circuito, hasta llegar a los puntos de utilización. Ósea hasta los actuadores encargados de transformar dicha energía en mecánica podemos evidenciar tres grupos perfectamente localizados, a detallar: Sistema de impulsión y bombeo Sistema intermedio compuesto por elementos de control, comando y conexiones Actuadores y consumidores
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Banco Electrohidráulico Electroválvulas La válvula de solenoide eléctrica funciona al suministrar corriente eléctrica al imán de la bobina, el campo magnético mueve el cuerpo de cilindro deslizante de la válvula, el cual dirige el aceite.
Cabe recordar que la única diferencia entre una válvula hidráulica/eléctrica y una válvula hidráulica ordinaria es la forma en que se mueve el cuerpo de cilindro
Se les llama solenoides por ser accionadas por corriente continua, cuando son accionadas por corriente alterna se les llama electroimanes. Válvulas hidráulicas de cuatro vías, operadas eléctricamente
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En la figura vemos una válvula directamente accionada por solenoide, que es aquella en la cual el elemento motriz para accionar la corredera deslizante es únicamente un electroimán o un solenoide.
La acción de este, cuando se encuentra energizado, se traduce en un empuje o una tracción de la corredera. En dicha figura tenemos una válvula de cuatro vías, dos posiciones, de retorno por la acción de un resorte antagonista, y accionada por el electroimán dibujado al costado derecho de la válvula. Cuando se energiza la solenoide la corredera es empujada por la acción de este hacia la izquierda, se conecta la presión a la cara 2 del cilindro mientras que la cara 1 queda drenada al tanque. La corriente eléctrica debe ser mantenida sobre el solenoide para que este a su vez mantenga a la corredera empujada totalmente hacia la izquierda. Cuando se corta la corriente y el solenoide se des energiza, el resorte empuja enérgicamente a su vez a la corredera hacia la derecha conectándose entonces las puertas del cuerpo de la válvula de la manera demostrada en la figura
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Las válvulas solenoides siempre se representan en los esquemas de circuitería con el conexionado correspondiente a su posición des energizada
CIRCUITOS ELECTROHIDRÁULICOS Para el diseño de un circuito es imprescindible el conocimiento exacto de las necesidades y trabajos a realizar por los elementos accionadores (velocidades, fuerzas, tiempos, ciclos, etc.) así como las limitaciones (espacio, potencia disponible, tipo de energía, etc.) con los datos del diseño. Y con la ayuda de los símbolos, se hace un croquis en el que se dibujan los elementos accionadores y los impulsores, a continuación se elabora una secuencia de los movimientos y trabajos a realizar. Estos movimientos y trabajos o fases del ciclo ayudaran a definir los componentes de regulación y control que se han de intercalar entre el accionador final y el elemento impulsor. Finalmente se añaden al croquis los accesorios del sistema. Una vez realizado el croquis del circuito, se enumeran los componentes, y en una relación aparte se les da el nombre y apellido: lo que en el croquis era una bomba debe definirse y concretarse en tipo, velocidad de funcionamiento, presión de trabajo, etc. El cilindro debe definirse en función de su longitud de carrera, áreas, diámetro del vástago, etc. Y así se hará con cada uno de los componentes (tipo de conexión y montaje, escala de los indicadores, tipo de fluido, etc.)
LA INGENIERÍA DE CONTROL O INGENIERÍA DE SISTEMAS DE CONTROL Es una rama de la ingeniería que aplica la teoría de control para diseñar sistemas físicos que tengan un comportamiento deseado. En la práctica se utilizan sensores a la salida del dispositivo que está siendo controlado y para que las mediciones
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hechas se utilicen en la realimentación a los actuadores de entrada a fin de hacer las correcciones que lleven el sistema a un estado deseado. Cuando un dispositivo se diseña para que funcione sin necesidad de la intervención humana directa en la realización de las correcciones se denomina control automático (tales como el control de crucero que regula la velocidad de un auto). De naturaleza multidisciplinaria, las actividades de la ingeniería de control se enfocan principalmente en la implantación de sistemas de control derivados del modelamiento matemático de sistemas de diversa índole. La Ingeniería de Control se preocupó desde sus orígenes de la automatización y del control automático de sistemas complejos, sin intervención humana directa. Campos como el control de procesos, control de sistemas electromecánicos, supervisión y ajuste de controladores y otros donde se aplican teorías y técnicas entre las que podemos destacar: Control óptimo, control predictivo, control robusto y control no lineal entre otros, todo ello con trabajos y aplicaciones muy diversas (investigación básica, investigación aplicada, militares, industriales, comerciales, etc.), las cuales han hecho de la ingeniería de control una materia científica y tecnológica imprescindible hoy en día. 1. El control óptimo es una técnica matemática usada para resolver problemas de optimización en sistemas que evolucionan en el tiempo y que son susceptibles de ser influenciados por fuerzas externas. Pueden ser sistemas que evolucionan en el tiempo el cuerpo humano y el sistema económico. Una vez que el problema ha sido resuelto el control óptimo nos da una senda de comportamiento para las variables de control, es decir, nos indica qué acciones se deben seguir para poder llevar a la totalidad del sistema de un estado inicial a uno final de forma óptima. 2. El control no lineal recibe su nombre del tipo de sistema (no lineal) sobre el que se quieren saber ciertas variables. Cuando te encuentras ante un sistema con ecuaciones no lineales que definen su comportamiento y pretendes llevar el mismo hacia unas condiciones de funcionamiento estas realizando un control no lineal. Dichas ecuaciones no lineales, representan una invariancia en el tiempo por cada una de las variables de estado que representan el sistema. A cada variable de estado le corresponde una combinación no lineal de términos dentro de la base que genera el espacio de estados.
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NIVELES DE LA AUTOMATIZACIÓN Esto se deriva del uso de las herramientas y las diferentes tareas que realizan, también coinciden con su aparición tecnológica siendo la cúspide de la pirámide las nuevas tecnologías desarrolladas. Hay diferentes pirámides a continuación se presentan ejemplos de algunas simples hasta avanzar a alas más complejas.
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CONCLUSIONES Sin duda dichos sistemas mecánicos que no son más que parte de la inventiva antigua del hombre, hacen posible después de una serie de pasos el poder contar con resultados eficientes a problemas cotidianos.
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BIBLIOGRAFÍA http://www.redjbm.com/catedra/index.php/tecnologia/68-la-importancia-de-laautomatizacion https://www.google.hn/webhp?sourceid=chrome-instant&ion=1&espv=2&ie=UTF8#q=automaizacion http://www.definicion.org/control https://www.google.hn/webhp?sourceid=chrome-instant&ion=1&espv=2&ie=UTF8#q=definicion+de+maquina http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/21319/capitulo1.pdf http://www.abcinnova.com/articulos-e-informacion/18-ique-es-un-plc-y-quebeneficios-tiene.html
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