Automatización

Niveles de Automatización

La automatización de los procesos productivos es uno de los aspectos que más ha evolucionado en la industria desde sus comienzos. La integración de tecnologías clásicas como la mecánica y la electricidad con otras más modernas (electrónica, informática, telecomunicaciones, etc.) está haciendo posible esta evolución.

Esta integración de tecnologías queda representada en la llamada “pirámide de automatización”, que recoge los cinco niveles tecnológicos que se pueden encontrar en un entorno industrial. Las tecnologías se relacionan entre sí, tanto dentro de cada nivel como entre los distintos niveles a través de los diferentes estándares de comunicaciones industriales.

  • Primer nivel denominado “nivel de campo” formado por los dispositivos físicos presentes en la industria, como los actuadores, accionadores y sensores.
  • Segundo nivel denominado “nivel de control” lo forman los dispositivos controladores como ordenadores, autómatas, PLCs, PIDs, etc.
  • Tercer nivel conocido como “nivel de supervisión”  corresponde a los sistemas de supervisión, control y adquisición de datos (SCADA).
  • Cuarto nivel denominado “nivel de planificación” se encuentran los sistemas de ejecución de la producción (MES).
  • Quinto nivel corresponde a la cúspide de la pirámide (“nivel de gestión”) la componen los sistemas de gestión integral de la empresa (ERP).

"Tenemos un Plan" de automatización

Se llevará a cabo un plan que contemplara distintas fases, mediante las cuales se pretende establecer una vía ordenada para alcanzar el objetivo de un modo óptimo. Los pasos en cada una de las fases recogen un orden que permite ir alcanzando las metas correspondientes a cada tramo. Se valora cada tramo o avance contemplando el alcance y el efecto sobre los pasos anteriores y la posible predicción de avance hacia las fases posteriores.

Actuar de acuerdo al plan nos permitirá realizar un desarrollo del proceso de un modo ordenado y comprensible, al tiempo que la posibilidad de alcanzar el objetivo o fin perseguido, podría ser de manera eficiente.

  • Fase-1: Identificación de necesidades. Se lleva a cabo un estudio sobre la automatización. Esta fase se dirige principalmente a identificar el entorno donde se pretende desarrollar el proceso de automatización, al tiempo que se observan las operaciones que involucran el estado de la prueba. Identificando potencial área funcional, variables a controlar, requerimientos tanto software como hardware, medios de comunicación, etc. Se trata de valorar posibles condiciones de contorno que limitarán las acciones del proceso de automatización. Por otra parte, es necesario establecer prioridades sobre el sistema de automatización a desarrollar.
    • Estas necesidades deben de permitir acercarnos de un modo objetivo al grado de robustez y fiabilidad con el que se desea que opere el sistema de automatización. Además, será importante también el grado de intervención sobre el sistema, es decir si permite modificaciones, adaptaciones, si lleva licencia, que grado de actualización se requiere, sobre todo ello también el coste que supondría. 
  • Fase-2: Identificar y seleccionar las tecnologías disponibles en el mercado. Entrando analizar las tecnologías más adecuada, como Tecnologías programadas, donde los equipos potenciales, que podrían cubrir las necesidades de la aplicación requerida. Se estudiaran las especificaciones de las soluciones candidatas, tales como Micro y nano controladores, control vía PC, PLC Autómatas programables, SCADA, HMI, tipos de interfaces, tipos de comunicaciones, soluciones basadas en Robots comerciales, sistemas multiejes con integradores y variadores para posicionamiento, dispositivos basados en estándares como IEC 61131-3, así como los criterios de aceptación. En estos criterios de aceptación, deberá tener un peso específico tanto las condiciones de venta, así como los costes. En las condiciones de venta se contemplan la posibilidad de que el sistema permita modificaciones o cambios sobre el desarrollo del modelo, o por el contrario, comprenda un sistema cerrado, con acceso restringido y donde el licenciamiento de los componentes a través del software requiera de unas renovaciones periódicas para poder actualizar el firmware y/o software.
  • Fase-3: Obtención vía tentativas de potenciales soluciones, contemplando estrictamente razones técnicas para su desarrollo, en esta fase las valoraciones de costes pasarán a un segundo plano, se conformará la base para la fase comparativa de las soluciones. En esta fase se prestará especial atención a la selección a la estrategia de control, a la arquitectura del sistema robótico si lo hubiera. Dentro del sistema de control, el tipo de control, si este debe ser en lazo abierto o en lazo cerrado, que razones involucran una u otra opción. También se insistirá en los tipos de señales de acuerdo al tipo de control seleccionado, así como los dispositivos de percepción de estas señales, si los codificadores son angulares, ópticos, incrementales, absolutos. En definitiva esta fase involucra las soluciones posibles tanto con equipos desarrollados como posibles equipos a desarrollar que involucren todo lo necesario para cubrir las necesidades para la automatización del proceso. 
  • Fase-4: Comparación de las diferentes soluciones. Sobre los equipos seleccionados se aplicaran los criterios de selección atendiendo a las restricciones y necesidades requerías por la solución. Tas la comparación se podrá tener elegido la solución de automatización más conveniente. A partir de esta solución se podrá desarrollar el proyecto de automatización, donde el  diseño incluye las elecciones de los dispositivos y componentes adecuados a la arquitectura y estrategias de control, así como estructura operativa de la solución. Para ello, se deberán definir las leyes de control, desarrollo de programas y algoritmia que permita implementar una solución fiable y robusta.  Dentro del proyecto y posterior al diseño se contemplaría la fase de implementación y montaje

Sitemas de Automatización

Por automatización industrial debe entenderse el conjunto de procedimientos y acciones automáticas aplicadas a máquinas, procesos o sistemas con objeto de conseguir los efectos deseados. Los efectos más relevantes que persigue cualquier compañía moderna al automatizar sus procesos productivos son, por un lado, la consecución de un producto de características cada vez más homogéneas, de mayor calidad y de menor coste y, por otro, responder rápidamente a un mercado con una demanda de producto variable en cantidad, flexible en funcionalidad y exigente en prestaciones.

Industria 4.0

En la actualidad nos encontramos en medio de una transformación significativa en la forma en la que se producen productos gracias a la digitalización de la fabricación. Esta transición es tan convincente que se llama Industria 4.0 para representar la cuarta revolución que se ha producido en la fabricación. Desde la primera revolución industrial (mecanización a través de agua y vapor) hasta la producción en masa y las líneas de montaje que usan electricidad en la segunda, la cuarta revolución industrial tomará lo que comenzó en la tercera con la adopción de computadoras y la automatización y la mejorará con inteligencia y sistemas autónomos alimentados por datos y aprendizaje automático.

HMI

HMI (Human Machine Interface) se define como un panel a través del cual el operador es capaz de controlar la maquinaria y ver diferentes procesos en una planta.

Los dispositivos HMI permiten establecer vínculos comunicativos con los PLC y con sus sensores de entrada y salida. Esto permite que el usuario pueda obtener y mostrar información de forma gráfica. Aunque se trata de una herramienta compleja, es posible personalizarla al máximo para obtener todo tipo de información. Ofrece una serie de beneficios específicos:

  • Visualización de datos. Al establecer interfaces de usuario que conectan directamente con la máquina, facilitan el acceso a toda la información que el dispositivo ha registrado. Normalmente, estas interfaces son user-friendly, aunque en ocasiones se requiere de perfiles especializados para tratar con ellas.
  • Análisis de KPIs. Este concepto hace referencia a los indicadores clave de desempeño. Sintetizan la información relativa a la eficacia de las acciones llevadas a cabo en cualquier ámbito. Por ello, permiten mejorar la toma de decisiones y ayudan a cumplir con los objetivos propuestos. En este sentido, las interfaces HMI pueden modificar los KPI en función de las necesidades del proyecto.
  • Monitorización de inputs y outputs. El input se conforma por todos los datos que se introducen en un sistema para obtener un resultado. Por su lado, el output es la información resultante que se obtiene tras introducir varios inputs y realizar una serie de operaciones con ellos. Las interfaces Hombre-Máquina permiten hacer un seguimiento exhaustivo de esta información.
  • Configuración de alarmas. Este tipo de vínculos entre humanos y máquinas permiten establecer alarmas, que se activan cuando tienen lugar cambios previstos e imprevistos.

SCADA

Acrónimo de Supervisory Control And Data Acquisition (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) es un concepto que se emplea para realizar 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, etc.) y permite su gestión e intervención.

El SCADA también puede ser considerado como un sistema completo que incluye HMIs y además es capaz de registrar datos, generar alarmas y administrar un sistema de control distribuido a través de una red de hardware (usualmente PLCs y PACs)

En la teoría de control, la realimentación es un proceso por el que una cierta proporción de la señal de salida de un sistema se redirige de nuevo a la entrada. Esto es de uso frecuente para controlar el comportamiento dinámico del sistema.

Para desarrollar un sistema SCADA es necesario un IDE en el cual diseñar, entre otros factores:

  • Aspecto que va a tener el SCADA
  • Las funciones y eventos que debe ejecutar cuando se interactúa con su interfaz HMI
  • Las operaciones y cálculos que debe realizar con los datos adquiridos.

Razones para una solución SCADA

  1. Fiabilidad y robustez: Estos sistemas se utilizan para procesos industriales de misión crítica donde la confiabilidad y el rendimiento son primordiales. Además, el desarrollo específico se realiza dentro de un marco bien establecido que mejora la confiabilidad y la solidez. 
  1. Maximizar la productividad: Maximiza la productividad y asegura una producción continua. El diseño de SCADA se centra en la redundancia de múltiples niveles para garantizar la comunicación y el funcionamiento constantes de su sistema. 
  1. Mejorar la calidad del producto: Analiza y controla la calidad de los productos fabricados utilizando la funcionalidad estándar de SCADA. Esto incluye el control estadístico de procesos (SPC). Las alarmas estadísticas avanzadas le permiten a su personal realizar una calibración predictiva de los parámetros del proceso. Esto evita desviaciones fuera del límite antes de que ocurran. 
  1. Reduzca sus costos de operación y mantenimiento: A través de la implementación de un sistema SCADA centralizado, puede reducir significativamente los costos de operación y mantenimiento; Se requiere menos personal para monitorear el equipo de campo en ubicaciones remotas. Esto resulta en una mayor efectividad del operador. Además, se requieren menos viajes de mantenimiento. Esto resulta en menores costos de mantenimiento y entrenamiento.  
  1. Integrar con sus sistemas de negocio: Un sistema SCADA se puede integrar fácilmente con sus sistemas comerciales existentes, lo que lleva a una mayor producción y rentabilidad. Además, esta implementación del sistema le permite transformar, analizar y presentar información en tiempo real. Esta información viaja por toda la empresa para la toma de decisiones priorizada. 
  1. Preserva parcialmente la obsolescencia: Cuando gasta dinero para mejorar las operaciones, debe garantizar un uso prolongado. El diseño de sistema abierto de SCADA protege contra la obsolescencia del sistema de control. Se puede escalar fácilmente para satisfacer las crecientes demandas de sus operaciones.
  1. Optimiza el tiempo empleado: Al agilizar todos los procesos involucrados en la supervisión de varios procesos productivos. Los datos que recopila y analiza su software SCADA podrían ayudar a descubrir potenciales motivos sobre obstáculos que puedan afectar negativamente a las operaciones.

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