Conceptos y aplicaciones de la automatizacion

Tema 1

1.1 Conceptos y aplicaciones de automatización

La automatización es el estudio de los métodos y procedimientos cuya finalidad es la sustitución del operador humano por un operador artificial en la generación de una tarea física o mental previamente programado.

La automatización de una máquina o proceso en la incorporación de un dispositivo tecnológico que se encarga de controlar el funcionamiento. El sistema se crea con la incorporación del dispositivo, denominado genéricamente automatismo, es capaz de reaccionar ante las situaciones que se presentan ejerciendo la función de control para la que ha sido concebido.

• Un sistema automatizado consta de:
• La máquina o proceso que se quiere controlar.
• Una unidad de control encargada de ejecutar las acciones necesarias.
• Un conjunto de controladores o elementos de interfaz entre la máquina y el control.

La información que utiliza la unidad de control es recogida por un conjunto de elementos denominados sensores. Esta información es el resultado de los cambios que tienen lugar en el estado de la máquina o proceso como consecuencia de su función. Por otra parte, la unidad de control genera órdenes que se transmiten a la máquina a través de actuadores, que transforman dichas órdenes en magnitudes o cambios físicos en el sistema mediante la aportación de sistemas.

Existen dos formas básicas de realizar el control de un proceso industrial.

Control de lazo abierto

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Figura 1 Diagrama de flujo de un sistema de lazo abierto.

El control de lazo abierto (fig. 1) caracteriza por que la información o variables que controlan el proceso circulan en una sola dirección, desde el sistema de control al proceso. El sistema de control no recibe la confirmación de que las acciones que a través de los actuadores ha de realizar sobre el proceso se han ejecutado correctamente.

Control de lazo cerrado

El control de lazo cerrado (fig. 2), se caracteriza porque existe una retroalimentación a través de los sensores desde el proceso hacia el sistema de control, que permite a este último conocer si las acciones ordenadas a los actuadores se han realizado correctamente sobre el proceso.

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Figura 2. Diagrama de flujo de un sistema de lazo cerrado.

Aplicaciones de la automatización

El alcance de la automatización va más allá de la simple mecanización de los procesos ya que ésta provee a operadores humanos mecanismos para asistirlos en los esfuerzos físicos del trabajo, la automatización reduce ampliamente la necesidad sensorial y mental del humano.

La automatización es el sistema de fabricación diseñado con el fin de usar la capacidad delas máquinas para llevar a cabo determinadas tareas anteriormente efectuadas por seres humanos, y para controlar la secuencia de las operaciones sin intervención humana. El término automatización también se ha utilizado para describir sistemas no destinados a la fabricación en los que dispositivos programados o automáticos pueden funcionar de forma independiente o semi independiente del control humano. En comunicaciones, aviación y astronáutica, dispositivos 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.

Se utiliza en gran medida en las industrias como alimentos y bebidas, refinerías de petróleo, productos químicos, automóviles, etc, en donde ciertos factores tienen que ser detectados y ajustados de forma automática.

La automatización aplicada a procesos industriales ha experimentado una gran evolución en las últimas décadas gracias al empleo de dispositivos programables que permiten un control prácticamente absoluto de la evolución de un proceso. Existen muchas aplicaciones de la automatización en las diferentes industrias a continuación veremos algunas áreas donde se utiliza comúnmente la automatización en la actualidad.

1.2 Automatización de los sistemas productivos

La automatización de procesos industriales está basada en la capacidad de utilizar la información necesaria  generada en el proceso productivo, mediante mecanismos de medición y control de los métodos que tiene cada proceso. A través de instrumentos controlados por las órdenes que emite la computadora, previamente programada para la acción requerida, se regula el funcionamiento de las máquinas u otros elementos que intervienen en el proceso de producción.

Se automatiza cuando el industrial busca disminución de costes de producción, simplificación de procesos, estandarizar productos, cambios eficientes de referencias en líneas de producción, disminución de tareas extenuantes y repetitivas para los trabajadores, reducción en los problemas ergonómicos que pueda sufrir el personal, aminorar el desperdicio de materia prima, favorecer el desarrollo de nuevas tecnologías y mejorar sus tiempos de producción.

Sin embargo, no toda las empresas del sector se desarrollan en iguales condiciones ni presentan los mismos problemas, por tal motivo al momento de elegir el tipo de automatización adecuada, aquella que se ajuste a las necesidades de producción de su empresa y sea viable para la misma a fin de evitarse complicaciones financieras.

Por tal fin, existen tres clases de automatización industrial (fig. 3): automatización fija, automatización programable y automatización flexible, las cuales van enfocadas a tipos de procesos industriales diferentes, y que incluyen mejora de procesos, semi automatizaciones, automatizaciones completas que utilizan robótica y controles de procesos autónomos.

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Figura 3. La grafica muestra el tipo de automatización adecuado para el nivel de producción de la empresa

La automatización fija es utilizada cuando el volumen de producción muy alto y por tanto se puede justificar económicamente el costo elevado del diseño de equipos especializados para fabricar un determinado producto, que ofrezca rendimientos y tasas de producción altas.

Un claro ejemplo de este tipo de automatización es frecuente, por ejemplo, en empresas fabricantes de puertas o marcos (fig. 4) de estas, donde las producciones son elevadas y las líneas pueden incluir diseños complejos, por lo que las máquinas se encargan del corte, taladro, ensamble, pintura o laca, entre otras, suelen programarse para que realicen acciones con movimiento repetitivos y así reducir tiempos de producción, estandarizar los productos y evitar errores humanos.

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Figura 4. Máquina automática para la fabricación de puertas y ventanas.

La automatización programable es la implementada cuando el volumen de producción es relativamente bajo, pero existe gran variedad en las referencias de producto. Para este caso, el equipo de producción es diseñado de tal forma que pueda adaptarse a las variaciones de configuración del producto (fig. 5); adaptación que se realiza por medio de un software.

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Figura 5. Línea de envasado de leche en Madrid, España

Una empresa dedicada al envasado de leche puede implementar esta automatización ya que el equipo de producción (tanto de la parte operativa como en la de mando) es factible de ser programado, por ejemplo, para que cada cincuenta envases de leche envasada se cambie la referencia según sea el envase, grande, mediano o chico. Esto implica que los dispensadores de leche dejen pasar más o menos mililitros de leche, según sea el caso, los envases se cambien, y las bandas transportadoras se detengan más o menos tiempo mientras se llena el envase.

El tercer tipo, la automatización flexible, es el más adecuado para un rango de producción medio. Estos sistemas poseen características de la automatización fija y de la programada y están constituidos, normalmente, por una será de estaciones de trabajo interconectadas entre sí por medio de sistemas de almacenamiento y manipulación de materiales, controlados en su conjunto por una computadora. (fig. 6)

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Figura 6. Máquina automática de corte con laser

1.3 Impacto económico, tecnológico, productivo y humano

El impacto de la automatización industrial es algo que no se puede dejar atrás ya que son varios los aspectos que abarca.

Impacto económico.

La economía en la actualidad está regida por el sistema capitalista, el cual consiste básicamente en la explotación del hombre por el hombre, lo que nos ha demostrado que mientras más personas puedas explotar, más riquezas podrás obtener.

Sin embargo los tiempos están cambiando, pues ahora se transforma esa doctrina y se empieza a sustituir la mano de obra humana, por máquinas, las cuales realizan en un mejor tiempo y con mayor calidad la producción que se llevaba anteriormente. Trayendo con esto consecuencias en el ámbito económico, que se ven repercutidas principalmente en la sociedad que ha sido reemplazada por esta cuestión.

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