Conceptos Esenciales de Automatización y Control de Procesos Industriales

Fundamentos de Automática y Automatización Industrial

Definiciones Clave

Automática: Tendencia que trata de sustituir en un proceso al operador humano mediante dispositivos mecánicos o electrónicos.

Automatismo: Desarrollo de un proceso o funcionamiento de un mecanismo por sí solo.

Automatización: Acción y efecto de automatizar.

Automatización Industrial: Aplicación de la automática a procesos o máquinas para su control y comunicación en una fábrica o en el ámbito industrial.

Automatizar: Aplicar la automática a un proceso o dispositivo.

Dispositivo Automatizado: Ingenio diseñado y fabricado que incluye las funciones que aportan la acción mecánica y el control inteligente del hombre con el objetivo de realizar un trabajo con cierta o total autonomía.

Logros Obtenidos con la Automatización de Procesos

• Sustitución de prestaciones: Se emplean robots de ensamblaje, pintura, soldadura y otros para reemplazar tareas humanas.
• Mejora de prestaciones: Se incrementa la velocidad y precisión de soldadura, manipulado, pintado (ej. robots), y la capacidad de carga en el manipulado de piezas.
• Generación de prestaciones: Se habilita el control ultrapreciso de trayectorias complejas en máquinas herramientas, en concordancia con la lectura a la centésima de su posición.

Factores Impulsores de la Automatización (Era del Silicio)

La automatización experimentó una revolución con la era del silicio debido a los siguientes factores:

1. Facilidad de creación y modificación de programas.
2. Memoria electrónica con gran capacidad de almacenamiento.
3. Alta potencia de cálculo.
4. Abaratamiento constante de los chips integrados.
5. Incremento constante de todas las prestaciones.
6. Capacidad de comunicación de datos.

Tipos de Procesos Industriales

• Discretos o discontinuos: Se transforma una cantidad específica de materia prima de forma no continua, en etapas que generan cambios sustanciales (discretos), formando una secuencia y fabricando piezas discretas.
• Continuos: Una cantidad no dividida (continua) de producto se transforma transfiriendo el material entre diferentes equipos transformadores como un flujo continuo.
• Por lotes: Proceso que requiere combinar, durante un tiempo y de una vez, cantidades específicas de componentes o materias primas para producir un resultado intermedio o final.

Tipos de Control Industrial: El Lazo de Regulación del Proceso

• Lazo abierto: La variable a controlar no interviene en la acción de control del proceso.
• Lazo cerrado: Se sustituye la acción del operador humano por la de un instrumento llamado regulador automático, que utiliza la medición de la variable controlada para ajustar el proceso.

Controladores Secuenciales

Para fabricar un producto, a menudo es preciso realizar acciones por etapas que siguen una secuencia. Para que un proceso discreto secuencial sea correcto, debe controlarse la ejecución de las acciones vinculadas a sus etapas.

Los cambios entre una etapa y otra de un proceso secuencial están vinculados a una condición de transición. Estas condiciones pueden ser:

• Señales de eventos indicados por mandos y sensores internos o externos al proceso (botones de mando, temperaturas, sensores de posición, etc.).
• Transcurso de periodos de tiempo determinados (temporizadores).

Tipos de Controladores Secuenciales

Controlador secuencial asíncrono: La secuencia avanza de etapa en etapa en el momento preciso en que el control detecta que se cumplen las condiciones (señales de sensores) para la transición.

Controlador secuencial síncrono: La secuencia avanza de etapa en etapa si el control detecta que se cumplen las condiciones para la transición, pero sólo permite que esta ocurra en determinados períodos o intervalos de tiempo marcados por un reloj. (Ej.: estación meteorológica que reporta cada hora).

Controladores PID (Proporcional-Integral-Derivativo)

Son un tipo de control en lazo cerrado donde se actúa constantemente sobre un proceso para mantener una o varias magnitudes (variables de proceso) en torno a un valor deseado (setpoint) o dentro de un rango específico. Son fundamentales en el control de procesos continuos o por lotes.

Para realizar un control PID, se mide continuamente el resultado (variable de proceso), se compara con el valor deseado (setpoint) para calcular el error. Este error sirve para definir una acción correctora de control (salida del controlador) que intenta dirigir el proceso para minimizar o eliminar el error.