Concepto de automatización

 

Durante toda su historia, el hombre se ha enfrentado a problemas que sería incapaz de resolver de manera natural por si mismo. En un principio estos problemas se basaban en las limitaciones físicas del hombre que le impedían realizar ciertos trabajos. Las soluciones pasaron por el desarrollo de herramientas y sistemas que permitiesen al hombre “mover” el límite de lo posible o no posible. Gracias a las primeras herramientas el hombre fue capaz de desarrollar armas que le permitían cazar animales cada vez mayores, trabajar materiales que de otra manera no sería capaz de tratar y construir aparatos cada vez mas complejos. Gracias a estos primeros logros, y tras un largo proceso de evolución el hombre fue capaz de desarrollar tecnologías que le permiten, por ejemplo, mover cargas pesadas sin esfuerzo alguno por su parte (mediante tecnologías neumáticas o hidráulicas, por ejemplo). Sin embargo aún era necesaria la acción humana para su buen funcionamiento. Se le necesitaba como centro de control, como elemento pensante que tomara las decisiones que luego tenga que realizar el sistema. En los sistemas automáticos se busca prescindir del elemento humano, de manera que sea el propio sistema el que controle las acciones a realizar, pudiendo de esta manera trabajar de forma autónoma.

 

                Podemos definir un sistema automático de la siguiente manera:

 

“Sistema que es capaz de realizar correctamente las acciones para las que fue diseñado sin necesidad de intervención del ser humano”

 

                En esta definición se ve claro que la automatización se centra en el control de las acciones, no en cómo se realizan éstas. Es decir, una grúa capaz de levantar cargas muy pesadas, que necesita de una persona para su control no es un sistema automático, sin embargo esa misma grúa, trabajando de manera autónoma cargando continuamente contenedores en un barco si sería considerado un sistema automático.

 

                Una vez definido el concepto de automatización, es necesario justificar su necesidad. La lista de razones podría ser muy larga, pero las más importantes podrían ser las siguientes:

 

·         Evitar tareas tediosas para el ser humano. Sin duda se trata de la razón principal y por la que se motivó la aparición de las tecnologías de automatización. Por ejemplo, tareas repetitivas, que siguen un patrón determinado son fácilmente automatizables, evitando la intervención de personas en tareas que pueden ser realizadas de forma autónoma. 

·         Abaratar costes de producción. El uso de sistemas automáticos permite producir durante intervalos mayores que si de personas se tratase y a un mayor ritmo. Esto repercute en el abaratamiento de los costes de producción del producto desarrollado.

·         Incrementar la calidad de los productos (estandarización). Los productos realizados mediante un sistema automático tendrán una calidad similar, a diferencia de los realizados de manera artesanal. Esto permite no solo aumentar la calidad final del producto, sino también establecer los parámetros que determinan si el producto esta dentro del nivel calidad exigido.

·         Acortar tiempo de introducción de un nuevo producto en el mercado. Gracias a la disminución del tiempo de producción que se consigue con los sistemas automáticos, un producto puede estar en el mercado antes que uno realizado de manera artesanal. 

 

El sistema de producción

 

Si nos fijamos en cómo trabaja un sistema de producción clásico, podemos ver que funciona como un transformador de productos. En concreto transforma materias primas en productos elaborados, y para ello requiere de la aportación de cierta cantidad de energía.

 

 

 

 

 

 

 

Ilustración 1. Esquema de producción

 

En este esquema de producción, es el hombre el encargado de controlar las acciones que se tienen que realizar sobre las materias primas para conseguir llegar a un producto elaborado. En los sistemas automáticos se busca eliminar esta presencia humana, de manera que el sistema sea autónomo, por lo que es necesario añadir un nuevo elemento al sistema, la parte de control.

 

Ilustración 2. Sistema automático

 

La parte de mando será la encargada de actuar sobre el proceso, indicando las acciones que se deben realizar en cada momento. Esta parte de mando está constituida por un elemento que podemos llamar “inteligente”. Dependiendo de la tecnología empleada puede ser un sencillo circuito con la lógica del proceso a controlar implementada mediante lógica cableada, un controlador,  un autómata, un ordenador, etc.

 

Tecnologías empleadas en la automatización

 

En función de la tecnología empleada en el sistema podemos realizar la siguiente clasificación:

 

Tecnología mecánica

 

Esta fue la primera tecnología empleada por el hombre en este tipo de sistemas. Se basa en la utilización de elementos mecánicos que permiten realizar tareas que de otra manera no serían posibles (o serían más complicadas). Como ejemplo de elementos de tecnología mecánica cabe destacar tenemos la rueda (permite mover elementos con facilidad), las poleas (cambia el sentido de la fuerza que es necesario ejercer), engranajes (permiten cambiar la relación de giro entre la entrada y la salida, aumentado la potencia o la velocidad), etc.

 

Ilustración 3. Máquina de vapor de Watt (1819). Ejemplo de tecnología mecánica

 

Ilustración 4. Regulador de Watt. Tecnología mecánica

Tecnología hidráulica/neumática

 

En estos sistemas se utiliza un fluido comprimido para la transmisión de la energía. En el caso de la hidráulica se utiliza normalmente aceite, y en el de la neumática aire comprimido. Ambos son sistemas similares pero que tienen las siguientes diferencias:

 

·         Los sistemas neumáticos tienen mayor velocidad de respuesta que los hidráulicos.

·         Los sistemas hidráulicos pueden desarrollar mayor fuerza.

·         Los sistemas neumáticos tienen un mantenimiento más delicado al tener que mantener el aire en perfectas condiciones.

 

Los sistemas hidráulicos/neumáticos tienen una serie de características que los hacen adecuados para ciertas situaciones:

 

·         Los elementos de mando son sencillos (cilindros, válvulas, etc).

·         Una vez instalados son baratos de mantener.

 

Por el contrario, su instalación es cara y por regla general son difíciles de modificar una vez instalados.

 

Ilustración 5. Ejemplo de sistema neumático

En la ilustración 5 se puede ver una instalación típica de sistema neumático. En ella se pueden encontrar los elementos básicos en este tipo de sistemas:

 

Producción

 

  1. Compresor           
  2. Motor eléctrico   
  3. Presostato                           
  4. Válvula antiretorno
  5. Depósito
  6. Manómetro         
  7. Purga automática               
  8. Válvula de seguridad
  9. Secador de aire refrigerado                              
  10. Filtro de línea


Utilización

 

  1. Purga del aire      
  2. Purga automática               
  3. Unidad de acondicionamiento del aire
  4. Válvula direccional            
  5. Actuador                             
  6. Controladores de velocidad

 

 

Tecnología eléctrica

 

                Cuando se hace referencia a tecnología eléctrica en el ámbito de la automatización, se habla de lógica cableada, la cual utiliza elementos eléctricos para la creación del sistema. Es decir, toda la lógica de control del sistema se basa en elementos discretos combinados de manera que se obtenga el funcionamiento deseado.

 

Ilustración 6. Ejemplo de tecnología eléctrica

Tecnología electrónica

 

En este tipo de tecnología se utilizan dispositivos programables que permiten implementar el programa de control en forma de software. Son los sistemas más utilizados actualmente, utilizando para ello dispositivos como autómatas programables, ordenadores o microcontroladores.

 

Ilustración 7. Ejemplo de tecnología electrónica

 

Elementos de un sistema automático

 

Ya se comentó antes que en los sistemas automáticos, la parte de control es la encargada de indicar las acciones que se tienen que realizar sobre el proceso. Estas indicaciones las realiza en modo de señales (normalmente eléctricas) que tienen que ser transformadas para que puedan iniciar la acción. Veamos un ejemplo: una de las acciones del proceso es mover un cilindro neumático. La señal que sale de la parte de control es una señal eléctrica en la que 0V significa no hacer nada y 5V indica mover el cilindro. Como vemos es necesario algún elemento intermedio capaz de pasar esa señal eléctrica a una señal neumática. De esta manera aparecen los siguientes elementos en el esquema de sistema automático:

 

·         Accionador: elemento que realiza la acción solicitada por la parte de control sobre el proceso. En el ejemplo anterior sería el cilindro.

·         Pre-accionador: elemento que acondiciona la señal de la parte de control para que sea comprensible por el accionador. En el ejemplo sería una electro-válvula que transforme la señal eléctrica en una señal neumática.

 

Según esto, el esquema de automatización resultante sería el siguiente:

 

Ilustración 8. Esquema de automatización

 

Ahora bien, en este sistema se ve que las acciones sólo van en una dirección, de la parte de control a la parte operativa. Es decir, la parte de control no tiene conocimiento del estado actual del proceso, y sólo lo puede predecir y confiar en que todo vaya bien. Este tipo de sistemas de control, llamados de cadena abierta, tienen el problema de que pueden ser inestables, de manera que la parte de control envíe señales inadecuadas por que el proceso no funciona de la manera esperada. Por ejemplo, se podría averiar una de las máquinas que forman parte del proceso, y al no tener constancia de ello, la parte de mando seguiría enviando la orden de seguir produciendo de manera normal. La solución a este problema pasa por enviar información a la parte de mando acerca del estado del proceso. Para ello es necesario un nuevo elemento, el captador, capaz de examinar una cierta característica del proceso y devolver una determinada señal comprensible por la parte de control. De esta manera tenemos una doble dirección en los datos ControlàProcesoàControl (llamada realimentación), que permite conocer en cualquier momento el estado del proceso y adaptarse a las distintas circunstancias que puedan aparecer. Este tipo de sistemas de sistemas, llamados de “cadena cerrada”, son más estables que los de cadena abierta al poder determinar en que estado se encuentra el proceso y variar las señales de control en función de éste.

 

Ilustración 9. Sistema automatizado de cadena cerrada

 

Este es el esquema que se utiliza en el control de instalaciones domóticas. Por ejemplo, el control de la temperatura de una vivienda se realiza en cadena cerrada. Por un lado una serie de sensores captan la temperatura de la habitación, mandan esta información al controlador, y éste, en función de esa temperatura actúa sobre el sistema de calefacción/aire acondicionado, de manera que la temperatura se mantenga en un intervalo determinado.

 

 

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