Reseña histórica de automatismo:
Antiguamente, se creaban artefactos capaces de realizar tareas diarias y comunes para los hombres, o bien, para facilitarles las labores cotidianas; se daban cuenta de que había tareas repetitivas que se podían igualar con un complejo sistema, y es así como se comienza a crear máquinas capaces de repetir las mismas labores que el hombre realizaba. Las primeras máquinas simples sustituían una forma de esfuerzo en otra forma que fueran manejadas por el ser humano, tal como levantar un peso pesado con sistema de poleas o con una palanca. osteriormente las máquinas fueron capaces de sustituir formas naturales de energía renovable, tales como el viento, mareas, o un flujo de agua por energía humana. La parte más visible de la automatizaci!n actual puede ser la rob!tica rob!tica industrial. industrial. Algu Alguna nass vent ventaj ajas as son son repe repeti titi tivi vida dad, d, cont contro roll de cali calida dadd más más estr estrec echo ho,, mayo mayor r eficiencia, integraci!n con sistemas empresariales, incremento de productividad y reducci!n de trabajo. Algunas desventajas son requerimientos de un gran capital, decrem decrement entoo severo severo en la fle"ib fle"ibili ilidad dad,, y un incre incremen mento to en la dep depend endenc encia ia del mantenimiento y reparaci!n. Los primeros aut!matas que aparecen en la historia son ingenios mecánicos más o menos complicados que desarrollaban un programa fijo, que no empleaban necesariamente la noci!n de realimentaci!n. Algo más tarde que en la industria te"til, se incorporan los automatismos en las industrias mineras y metal#rgicas. $l primer automatismo que supuso un gran impacto social, lo realiza otter otter a princi principio pioss del siglo siglo %&''', %&''', automa automatiz tizand andoo el funcio funcionam namien iento to de una máquina de vapor del tipo (e)comen. A diferencia de los aut!matas androides los automatismos dedicados a controlar máquin máquinas as indust industria riales les incorp incorpora orann el con concep cepto to de realim realiment entaci aci!n. !n. $l ingeni ingeniero ero dise*ador tenía una doble labor+ realizar el proceso de dise*o mecánico y tambin desarrollar el automatismo, que en muchos casos era parte integrante de la mecánica de la máquina. A partir de aquí el desarrollo de los automatismos es impresionante, en much muchas as máqu máquin inas as se util utiliz izan an elem elemen ento toss mecá mecáni nico coss como como po podí dían an ser ser los los programadores cíclicos -organillos en los cuales se definía la secuencia de operaciones.
$l origen se remonta a los a*os /012, cuando surge la revoluci!n industrial. industrial .
/031+ 4áquinas de tejido controladas por tarjetas perforadas. /5/06/502+ 4áquinas especiales para corte de metal. /578+ rimer piano automático, inventado por 4. 9ourneau". /5176/5:2+ ir hristopher pencer. /:32+ urgen los controles hidráulicos, neumáticos y electr!nicos para máquinas de corte automáticas. /:316/:35+
control
numrico
directo
Evolución de los automatismo
@erramientas del neolítico+ esde la utilizaci!n de palos y piedras por nuestros antepasados, hasta el momento actual, la evoluci!n de la forma de trabajar y crear objetos a pasado por los diversos estados. $n el comienzo e"istían herramientas de uso cotidiano -palos, cuchillos de madera y de piedra, flechas de huesos Brabajo artesano+ Luego se crearon herramientas especializadas -escoplos, martillos, buril, gubia,on los artesanos quienes saben utilizar adecuadamente las herramientas y cada herramienta es la adecuada para un tipo de trabajo. 4áquina herramienta y operario+ A continuaci!n se crean las máquinas herramientas -taladradora, fresadora, La fuerza bruta la realizan las máquina, a pesar de que son necesarios operarios especializados para manejarlas.
Automatismo+ or #ltimo se desarrollan los sistemas automáticos -automatismos y robots, el sistema se encarga de manejar a las máquinas herramientas, el operario especializado no es necesario, el hombre pasa a ser el supervisor.
$stos estados siguen conviviendo en la actualidad ya que no ha desaparecido ninguno de los anteriores con la aparici!n del nuevo.
Automático e aplica al mecanismo que funciona por sí solo o que realiza, total o parcialmente, suproceso sin ayuda de una persona, ya cuando se encuentra programada las máquinas automáticas hacen posible que el hombretrabaje menos y tenga mayor producci!n en corto plazo mas un producto de calidad para el cliente o empresa.
Automatizar
Aplicar máquinas o procedimientos automáticos en la realizaci!n de un proceso o en una industria. Ctoda la maquinaria de envasado ha sido automatizada; las computadoras permiten realizar b#squedas automatizadas en muy poco tiempoC Automatización industrial
La automatizaci!n industrial es el uso de sistemas o elementos computarizados y electromecánicos para controlar maquinarias o procesos industriales. >omo una disciplina de la ingeniería más amplia que un sistema de control, abarca la instrumentaci!n industrial, que incluye los sensores, los transmisores de campo, los sistemas de control y supervisi!n, los sistemas de transmisi!n y recolecci!n de datos y las aplicaciones de soft)are en tiempo real para supervisar y controlar las operaciones de plantas o procesos industriales. Control
u funci!n es buscar las instrucciones en la memoria principal, decodificarlas -interpretaci!n y ejecutarlas, empleando para ello la unidad de proceso. $"isten dos tipos de unidades de control+ las cableadas, usadas generalmente en máquinas sencillas, y las microprogramadas, propias de máquinas más complejas. $n el primer caso, los componentes principales son el circuito de l!gica secuencial, el de control de estado, el de l!gica combinacional y el de emisi!n de reconocimiento de se*ales de control. $n el segundo caso, la microprogramaci!n de la D> se encuentra almacenada en una micromemoria, a la cual se accede de manera secuencial para posteriormente ir ejecutando cada una de las microinstrucciones.
Objetivo de la automatización
entro de las metas y objetivos en la automatizaci!n es+ •
•
•
Eenerar proyectos de procesos en los cuales se ma"imicen los estándares de productividad y se preserve la integridad de las personas quienes los operan. La capacidad de procurar la mantenci!n y optimizaci!n de los procesos que utilicen tecnologías de automatizaci!n. Dtilizar criterios de programaci!n para crear y optimizar procesos automatizados.
•
'ncrementar la producci!n.
•
'ncrementar la calidad y precisi!n de los productos. Componentes del automatismo
>ontadores+ Dn contactor es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente elctrica de un receptor o instalaci!n, con la posibilidad de ser accionado a distancia, que tiene dos posiciones de funcionamiento+ una estable o de reposo, cuando no recibe acci!n alguna por parte del circuito de mando, y otra inestable, cuando act#a dicha acci!n. $ste tipo de funcionamiento se llama de Ctodo o nadaC. $n los esquemas elctricos, su simbología se establece con las letras F4 seguidas de un n#mero de orden. i bien constructivamente son similares a los rels, no son lo mismo. u diferencia radica en la misi!n que cumple cada uno+ ambos permiten controlar en forma manual o automática, ya sea localmente o a distancia toda clase de circuitos, pero mientras que los rels controlan corrientes de bajo valor como las de circuitos de alarmas visuales o sonoras, alimentaci!n de contactores, etc; los contactores se utilizan como interruptores electromagnticos en la cone"i!n y descone"i!n de circuitos de iluminaci!n y fuerza motriz de elevada tensi!n y potencia
Geles+ $"isten multitud de tipos distintos de rels, dependiendo del n#mero de contactos, de su intensidad admisible, del tipo de corriente de accionamiento, del
tiempo de activaci!n y desactivaci!n, entre otros. >uando controlan grandes potencias se llaman contactores en lugar de rels. •
•
•
•
•
Gels de tipo armadura+ pese a ser los más antiguos siguen siendo lo más utilizados en multitud de aplicaciones. Dn electro imán provoca la basculaci!n de una armadura al ser e"citado, cerrando o abriendo los contactos dependiendo de si es (.A -normalmente abierto o (.> -normalmente cerrado. Gels de n#cleo m!vil+ a diferencia del anterior modelo estos están formados por un mbolo en lugar de una armadura. ebido a su mayor fuerza de atracci!n, se utiliza un solenoide para cerrar sus contactos. $s muy utilizado cuando hay que controlar altas corrientes Gel tipo reed o de lengHeta+ están constituidos por una ampolla de vidrio, con contactos en su interior, montados sobre delgadas láminas de metal. $stos contactos conmutan por la e"citaci!n de una bobina, que se encuentra alrededor de la mencionada ampolla. Gels polarizados o bi estables+ se componen de una peque*a armadura, solidaria a un imán permanente. $l e"tremo inferior gira dentro de los polos de un electro imán, mientras que el otro lleva una cabeza de contacto. Al e"citar el electro imán, se mueve la armadura y provoca el cierre de los contactos. i se polariza al revs, el giro será en sentido contrario, abriendo los contactos ! cerrando otro circuito. Gels multitensi!n+ son la #ltima generaci!n de rels que permiten por medio de un avance tecnol!gico en el sistema electromagntico del rel desarrollado y patentado por Gelaygo, a un rel funcionar en cualquier tensi!n y frecuencia desde 2 a 822 A>I> reduciendo a un solo modelo las distintas tensiones y voltajes que se fabricaban hasta ahora.
Bemporizadores+ Dn temporizador o minutero es un dispositivo, con frecuencia programable, que permite medir el tiempo. La primera generaci!n fueron los relojes de arena, que fueron sustituidos por relojes convencionales y más tarde por un dispositivo íntegramente electr!nico. >uando trascurre el tiempo configurado se hace saltar una alarma o alguna otra funci!n a modo de advertencia. ulsadores+ $l bot!n de un dispositivo electr!nico funciona por lo general como un interruptor elctrico, es decir en su interior tiene dos contactos, al ser pulsado uno, se activará la funci!n inversa de la que en ese momento este realizando, si es un
dispositivo (A -normalmente abierto será cerrado, si es un dispositivo (> -normalmente cerrado será abierto. ensores+ Dn sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable de instrumentaci!n con lo que puede decirse tambin que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la se*al que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. >omo por ejemplo el term!metro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acci!n de la temperatura. Dn sensor tambin puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra.Jreas de aplicaci!n de los sensores+ 'ndustria automotriz, rob!tica, industria aeroespacial, medicina, industria de manufactura, etc. Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc. Objetivo del control de proceso
>onsiste en medir resultados y verificar con respecto a las especificaciones. eg#n la situaci!n, puede realizarse con todo el resultado o s!lo sobre muestras tomadas frecuentemente. $ste segundo caso se denomina >ontrol $stadístico de rocesos. Las medidas efectuadas se llevan a un gráfico que permite visualizar el estado del proceso y tomar decisiones que sean correctas para la producci!n. Elemento de un sistema
Los $L$4$(BK $ D( 'B$4A se describe de la siguiente manera+ Los elementos del sistema abierto son + a corriente de entrada b proceso de conversi!n c corriente de salida d la comunicaci!n de retroalimentaci!n como elemento de control e$l enfoque corriente de entrada y salida. a.Las corrientes de entrada+ e conoce que los sistemas abiertos para que puedan funcionar, deben importara travs de su corriente de entrada, ciertos recursos del medio, tales como insumos o energía, que permiten su funcionamiento y manutenci!n La energía en las corrientes de entrada+ $n general, la energía que importa el sistema del medio, tiende a comportarse de acuerdo a la ley de conservaci!n que dice+ La cantidad de energía -ya sea representada por materias primas, recursos financieros o humanos que permanece en el sistema es igual a la suma de energía importada menos la suma de la energía e"portada $"iste la corriente de entrada de una energía en particular que no responde a esta ley de conservaci!n+ la informaci!n
$n este caso, se comporta de acuerdo a lo que se ha denominado ley de incrementos, que dice que la cantidad de informaci!n que permanece en el sistema no es igual ala diferencia entre lo que entra y lo que sale. Gecursos materiales istema Gecursos financieros Gecursos humanos 'nformaci!n b.roceso de conversi!n +Gecordemos que en los sistemas e"iste la presencia de un prop!sito u objetivo, así la energía que importan los sistemas sirve para mover y hacer actuar sus mecanismos particulares con el fin de alcanzar los objetivos para los cuales fueron dise*ados. $n otras palabras los sistemas transforman energía que representa la producci!n característica del sistema en particular y los procesos de conversi!n son aquellos que llevan a cabo la elaboraci!n del producto de ese sistema A pesar de que las organizaciones pueden tener giros muy diversos, sin embargo, e"isten elementos básicos que todas comparten entre si, como son proceso de conversi!n algunos insumos, los productos resultantes de la conversi!n de insumos, retroalimentaci!n de la informaci!n en el sistema, 9actores de la producci!n -insumos+ M >apital M 4ano de Kbra M 4ateriales y suministros M 'nsumos intermedios M $dificios, M 4áquinas, M @erramientas M @abilidades istema de operaciones de un $mpresa 4ano de Kbra roductos I roceso roductos I &entas I ervicios roductivo ervicios 4FB vendidos producidos roductividad del sistema de materiales y producci!n suministros. $s importante se*alar que dado que un sistema satisface el principio de recursividad, cada uno de los subsistemas posee un proceso de conversi!n, de tal forma que al considerar el sistema total, e"isten diferentes procesos o funciones de conversi!n siendo algunas principales en relaci!n al producto final y otras accesorias o de servicio para que puedan operar las subsistemas principales. c.>orriente de salida+ La corriente de salida equivale a la e"portaci!n que hace el sistema al medio. Eeneralmente no e"iste una sino varias corrientes de salida. $n general, podemos dividir a las corrientes de salida en positivas y negativas para el medio y el entorno, entendindose por medio todos aquellos otros sistemas que utilizan de una forma u otra la energía que e"porta este sistema. efinimos que una corriente de salida es positiva cuando es #til a la comunidad y negativa en caso contrario, y es esta #ltima instancia la que determinará la supervivencia de misma del sistema, de tal forma que si la corriente de salida positiva es muy superior a la corriente de salida negativa, es probable que ese sistema cuente con una legalizaci!n de su e"istencia por parte del individuo y de la sociedad. e lo anterior podemos afirmar que si subsiste el sistema se convierte en un sistema viable, el cual es legalizado por el medio y se adapta a l y a sus e"igencias, en funci!n de las variaciones de un medio en cambio, y para que esto ocurra se deben cumplir tres características básicas+ / er capaz de auto organizarse, es decir mantener una estructura permanente y modificarla de acuerdo a las e"igencias. er capaz de auto controlarse, es decir,
mantener sus principales variables dentro de ciertos límites que forman una área de normalidad. ? oseer un cierto grado de autonomía, es decir, poseer un suficiente nivel de libertad determinado por sus recursos para mantener esas variables dentro de su área de normalidad. dLa comunicaci!n de retroalimentaci!n+ Gecordemos que todo sistema tiene alg#n prop!sito y la conducta que desarrolla, una vez que dispone de la energía suficiente prevista por sus corrientes de entrada, tiende a alcanzar ese prop!sito u objetivo. Así la comunicaci!n de retroalimentaciones la informaci!n que indica como lo esta haciendo el sistema en la b#squeda de su objetivo, y que introducido nuevamente al sistema con el fin de que se lleven a cabo las correcciones necesarias para lograr el objetivo e debe notar que la comunicaci!n de retroalimentaci!n no solo puede provenir de la corriente de salida del sistema sino de cualquier otra corriente de salida que estime necesario controlar. e $l enfoque corriente de entrada y salida $l enfoque input6output identifica a un sistema como una entidad reconocible a la cual llegan diferentes corrientes de entrada y de la cual salen una o varias corrientes bajo la forma de alg#n producto. esde este punto de vista al sistema se le considera una caja negra, lo cual permite identificar los sistemas y subsistemas y estudiar sus relaciones Técnica de control y mando
rocesos >ontinuos Las magnitudes que determinan la evoluci!n del proceso cambian de forma continua en el tiempo. $"iste una similitud entre los procesos continuos y los sistemas electr!nicos anal!gicos. $jemplo.6 istema de llenado de una caldera industrial, se trata de mantener el nivel un líquido. La altura cambia de forma continua. rocesos !iscretos o !iscontinuos + Las magnitudes que
determinan la evoluci!n del proceso cambian de forma discreta o discontinua y suelen tomar solo determinados valores. $l sistema evoluciona mediante eventos. $stos procesos son tambin conocidos como procesos de eventos discretos. $n los procesos discretos se act#a sobre objetos concretos tambin llamados elementos discretos. $jemplo6 Dna cinta transportadora. rocesos por "otes+ on procesos discretos en
los que intervienen más de un elemento o pieza inicial para ser transformados en un solo producto. Re#ulación Autom$tica: 4ecanismos que permiten actuar durante un proceso
contin#o con el fin de que las magnitudes alcance un valor determinado. >uando
este valor se mantiene constante en el tiempo se dice que se está ante un problema de regulaci!n. >uando este valor varía en el tiempo se dice que se está ante un problema de servomecanismo. %ando de un sistema de Automatización& Control 'ecuencial
$l concepto de Automatizaci!n industrial suele aplicarse al control de procesos discretos. Los !rganos de mando reciben informaci!n discreta del proceso y proporcionan ordenes discretas sobre los !rganos de trabajo. Los sistemas de mando adquieren una estructura secuencial+ 6 $l proceso se divide en una serie de estados o estadíos. 6 >ada estado se activa y desactiva de forma secuencial. 6 >ada estado activo tiene asociada una serie de acciones. $n m#ltiples ocasiones, en el control de un proceso se ven involucradas magnitudes de naturaleza continua y magnitudes de naturaleza discreta. $n estos casos es necesario aplicar estrategias tanto secunciales como de regulaci!n. $s lo que se denomina control híbrido. Control en (ucle Abierto + Los !rganos de mando o
control act#an sobre el proceso de acuerdo a unos objetivos previamente establecidos. (o e"iste transmisi!n de informaci!n desde el proceso a los !rganos de mando. $jemplo 6 >alentar comida en el microondas. Control en (ucle Cerrado + Los sistemas de mando consideran la informaci!n
recibida del proceso para modificar en funci!n de ellas la acci!n a realizar. $jemplo 6 >ualquiera de los problemas de regulaci!n. Tipos de Control 'ecuencial: As)ncrono + La transici!n de estado se produce #nicamente debido a los
cambios en las variables del proceso. $jemplo.6 4ando de un de un motor mediante rel. ')ncrono + Las transiciones en las variables y en los
estados se producen de forma sincronizada mediante pulsos de un reloj de frecuencia fija. $jemplo.6 rocesos controlados mediante microprocesadores. 'istema para la automatización 'istemas de Automatización %ec$nica:
4ecanismos habituales+ $ngranajes, correas de transmisi!n, palancas etc $jemplos+ Bornos, 9resadoras, Gelojes 4ecánicos etc. 'istemas de Automatización *eum$tica:
4ecanismos @abituales+ >ompresores, electroválvulas, mbolos etc. $jemplos+ 9renos de 9errocarriles, máquinas de disparo neumático etc. istemas de Automatizaci!n @idráulica+ resenta características muy similares a los mecanismos neumáticos, solo que el mando hidráulico tiene un tiempo de respuesta inferior al mando neumático. $jemplos+ direcci!n de autom!vil, prensas hidráulicas. Automatización Eléctrica y Electrónica :
$s la más e"tendida en la actualidad, los sistemas de actuaci!n elctrica son bien conocidos, motores, actuadores electromágnticos etc.... $l mando elctrico suele implantarse mediante rels. $l mando electr!nico puede ser implementado mediante componentes electr!nicos discretos digitales o mediante sistemas de l!gica programable -9EA. $l mtodo de automatizaci!n electr!nico más e"tendido es el microprocesador. Control mediante microprocesador:
$l microprocesador permite la ejecuci!n de un programa que se ejecuta de forma secuencial, esta secuencia se realiza de forma ciclíca ejecutando lo que se denomina bucle de control. La ejecuci!n del bucle está sincronizada por el reloj del sistema, esta estructura permite la implantaci!n de sistemas de mando secuenciales.
G$NOL'>A OKL'&AG'A(A $ &$($PD$LA. 4'('B$G'K $L K$G KDLAG AGA LA $D>A>'Q( D('&$G'BAG'A. 9D(A'Q( 4''Q( D>G$. AL$A D('&$G'BAG'A $B'64ABDG'(. 4ABDGR( $BAK 4K(AEA.
PROFESOR: BACHILLER: GERMAN HURTADO
MATURÍN, MARZO DE 2016
