UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS, ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL CARRERA DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y COMUNICACIONES MOULO DE OPTATIVA III (REDES INDUSTRIALES) PIRAMIDE DE LA AUTOMATIZACIÓN BERMEO MONTESDEOCA JAIRO ISAIAS 13 DE ABRIL DEL 2015 INTRODUCCION: Sumidos en el campo de la industria y la tecnología tecnología de la actualidad como la era de la automatización industrial, los pilares de la automatización hoy en día se generan términos claves que definen la situación de la tecnología en los últimos años como evolución, innovación y flexibilidad, por otro lado la actualidad requiere de nuevos niveles de automatización de los procesos productivos evolucionando nuevas tecnologías basadas de tecnologías clásicas en las que se interrelacionan del cual se genera la pirámide de la automatización generando así los distintos niveles de automatización:
Figura 1 Pirámide de la automatización [1]
La pirámide de la automatización representa los distintos niveles que se pueden encontrar en un entorno industrial como primer lugar o base de la pirámide de la automatización encontramos el hardware dispositivos físicos como sensores, actuadores. En Segundo nivel se encuentra los dispositivos lógicos como Plc´s o pc´s. En tercer lugar se allá el nivel ESCADA sistemas de supervisión o adquisición de datos. En un nivel superior tenemos los sistemas de ejecución de la fabricación Mes (manufactura) y la sima de la pirámide de la automatización se reserva a los sistemas de gestión y planificación integral ERP/SAP (administración). Estos son los niveles de la automatización que están interrelacionados dentro de cada nivel y los distintos niveles a través de las comunicaciones industriales. Este entorno hace que la especialización en determinadas tecnologías como la mecánica o la electrónica no sea suficiente lo cual requiere desarrollar competencias especiales como análisis, programación, diagnostico de averías, toma de decisiones o coordinación de equipos para llevar a un nivel tecnológico bueno.
Contenido Nivel I En la base de la pirámide o nivel campo se encuentran los dispositivos físicos como sensores y actuadores:
Sensores.- “Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, 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).” [2]
Actuadores.-“Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto sobre un proceso automatizado. Este recibe la orden de un regulador o controlador y en función a ella genera la orden para activar un elemento final de control como, por ejemplo, una válvula.”[2]
Sensores industriales
Actuadores industriales
Finales de carrera
Accionamientos eléctricos
Detectores inductivos
Accionamientos neumáticos
Detectores capacitivos
Accionamientos hidráulicos
Detectores ultrasónicos Detectores fotoeléctricos Detectores de presión Tabla 1 Tipos de sensores y actuadores [3]
Nivel II En el segundo nivel o nivel de control y monitoreo se incluyen dispositivos controladores como ordenadores, PLC´s, PID´s, variadores de frecuencia, HMI, este nivel se encarga de monitorear y controlar todos los dispositivos de campo.
PLC.- es una computadora utilizada en la ingeniería automática o “
automatización industrial, para automatizar procesos electromecánicos, tales como el control de la maquinaria de la fábrica en líneas de montaje o atracciones mecánicas. Los PLC son utilizados en muchas industrias y máquinas. A diferencia de las computadoras de propósito general, el PLC está diseñado para múltiples señales de entrada y de salida, rangos de temperatura ampliados, inmunidad al ruido eléctrico y resistencia a la vibración y al impacto. Los programas para el control de funcionamiento de la máquina se suelen almacenar en baterías copia de seguridad o en memorias no volátiles. Un PLC es un ejemplo de un sistema de tiempo real, donde los resultados de salida deben ser producidos en respuesta a las condiciones de entrada dentro de un tiempo limitado, de lo contrario no producirá el resultado deseado.” [4]
Partes de un PLC Básicamente un controlador lógico programable está construido en forma modular,
teniendo
usualmente
un
procesador
central,
módulos
de
entrada/salida (E/S, input / output), fuentes de poder y otros accesorios. Debido a la estructura modular de los PLC, en general pueden distinguirse en él los siguientes subsistemas:
· Procesador central
· Módulo de E/S
· Interfaz con el operador y otros periféricos
· Comunicaciones
Figura Partes de un PLC [5]
HMI.- Interfaz de usuario por sus siglas en idioma inglés, (Human Machine Interface) que se usa para referirse a la interacción entre humanos y máquinas; Aplicable a sistemas de Automatización de procesos.
Figura pantalla HMI Panel PC Ex 19 inch SIEMENS [6]
Nivel III En el nivel de supervisión corresponde a los sistemas de supervisión, control y adquisición de datos lo cual puede ser remotamente o localmente gracias a una interfaz gráfica de usuario (SCADA).
SCADA.-“Supervisory Control And Data Acquisition (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) es un software para ordenadores que permite controlar y supervisar procesos industriales a distancia. Facilita retroalimentación en tiempo real con los dispositivos de campo (sensores y actuadores), y controla el proceso automáticamente. Provee de toda la información que se genera en el proceso productivo (supervisión, control calidad, control de producción, almacenamiento de datos) y permite su gestión e intervención.” [7] “Los sistemas SCADA pueden ser deliberadamente simples (monitorización de
condiciones ambientales en edificios), o increíblemente complejos, (sistema SCADA que monitorea toda la actividad del Sistema Nacional Interconectado). Los sistemas SCADA proveen un medio de monitoreo de eventos remotos y control de maquinaria en lugares desatendidos. Su diseño requiere de la integración de varios componentes: sensores, dispositivos de medición,
controladores, redes de comunicaciones, dispositivos HMI, software y un host computer.”[7]
Características de los sistemas SCADA
Existen diversos tipos de sistemas SCADA dependiendo del fabricante y sobre todo de la finalidad, por ello antes de decidir cuál es el más adecuado se debe tener presente si cumple o no ciertos requisitos básicos:
Todo sistema debe tener arquitectura abierta, es decir, debe permitir su crecimiento y expansión, así como deben poder adecuarse a las necesidades futuras del proceso y de la planta.
La programación e instalación no debe presentar mayor dificultad, debe contar con interfaces gráficas que muestren un esquema básico y real del proceso.
Deben permitir la adquisición de datos de todo equipo, así como la comunicación a nivel interno y externo (redes locales y de gestión).
Deben ser programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias de hardware, y fáciles de utilizar, con interfaces amigables para el usuario.
EJEMPLOS DE SOFTWARE SCADA
Figura Principales softwares de sistemas SCADA [8]
Nivel IV En este nivel trata la planificación de los sistemas automatizados que se encuentra en los sistemas de ejecución de la producción (MES) acordes con las estrategias fijadas. MES del inglés de Manufacturing Execution System (Sistema de Ejecución de Manufactura).
“Los MES dirigen y monitorizan los procesos de producción en la planta,
incluyendo el trabajo manual o automático de informes, así como preguntas online y enlaces a las tareas que tienen lugar en la planta de producción. MES puede incluir uno o más enlaces a órdenes de trabajo, recepción de mercancías, transporte, control de calidad, mantenimiento, programación y otras tareas relacionadas” [9].
Nivel V Por la cúspide de la pirámide de la automatización tenemos el nivel de gestión que componen por los sistemas de gestión integral de una empresa (ERP) donde se encuentran PC´s industriales donde se fijan las metas y estrategia a seguir. También compuesto por computadores. En este nivel no es relevante el estado y la supervisión de los procesos de planta Lo que importa es la información relacionada a la producción y su gestión asociada. Cantidad
de
materia
prima
utilizada,
producción
neta,
registro
de
almacenamiento. La comunicación ya no tiene que ser netamente industrial, por lo que generalmente se usa redes Ethernet.
Conclusión Para los surgimientos de nuevas tecnologías de automatización son la mejora día a día de sus conceptos y estándares básicos los cuales son requeridos en su totalidad y por lo cual en la actualidad se rige a la pirámide de la automatización la cual hay que tomarla en cuanta en todos los aspectos como principales para su correcto funcionamiento en los procesos de producción en el cual la administración es la encargada de poner las estrategias y matas a cumplir en un proceso industrial.
En la etapa manufactura o de planificación es muy importante la cual requiere organización de los diferentes procesos que se van conglomerando para formar un solo producto. Seguidamente con la etapa de supervisión y control de procesos ya sea local o remotamente para su correcto funcionamiento realizando mantenimiento preventivo y correctivo. Por uno de los niveles bajos se encuentra el nivel de control regulatorio de los procesos en cual es necesario para dar una corrección de errores que conlleven los sistemas automatizados. El nivel de campo es el que se genera por medio de la necesidad de poder extraer variables físicas a eléctricas o de eléctricas a físicas mediante los diferentes tipos de sensores y actuadores.
[1] I. training, «International Training,» 10 Septiembre 2013. [En línea]. Available: http://www.smctraining.com/webpage/indexpage/311/. [Último acceso: 10 Abril 2015]. [2] F. A. Serna, «Sensores,» de GUÍA PRÁCTICA DE SENSORES, Madrid, Creaciones Copyright, 2010, pp. 3-6. [3] J. I. A. Quiiroga, Compositor, Sensores y Actuadores Industriales. [Grabación de sonido]. Anventury. 2008 . [4] W. Bolton, «PLC,» de Programmable Logic Controllers, california, Newnes, 2009, pp. 25-30. [5] S. Martinez, Partes de un PLC, Mexico: Pearson, 2011. [6] Siemens, HMI Panel PC Ex 19 inch, Mexico, 2010. [7] A. R. Penin, «SCADA,» de Sistemas SCADA, Mexico, Alfaomega, 2007, pp. 3-11. [8] M. I. A. R. Gonzalez, Automatizacion Industrial, Cusco Peru: Pearson, 2010. [9] Siemens, «Siemens,» Siemens, 21 Junio 2014. [En línea]. Available: http://w3.siemens.com/mcms/automation/es/manufacturing-execution-systemmes/pages/default.aspx. [Último acceso: 12 Abril 2015].
