Introducción a la Automática

Transcripción

1 Introducción a la Automática Dpto. Ingeniería Eléctrica, Electrónica, Automática y Física Aplicada

2 Automática Automática es la disciplina que trata de los métodos y procedimientos cuya finalidad es la sustitución del operador humano por un operador artificial en la ejecución de una tarea física o mental previamente programada. la Ciencia que trata de sustituir en un proceso el operador humano por dispositivos mecánicos o electrónicos. Máquinas herramientas robots Máquinas transfer

3 Historia (época clásica) Anhelo de la Humanidad Estratón, Arquímedes, Ctesibio, Filón, Herón, Cuando hacemos algo contra la naturaleza, hemos de llamar a la Mecánica

4 Edad Media Oriente, Árabes, tradición clásica Papel, pólvora, brújula, imprenta, Álgebrá Universidades

5 Revolución científica Copérnico, Kepler, Galileo, Descartes, Newton,

6 Época contemporánea Euler, Laplace, Fourier, Faraday, Maxwell, Plank, Einstein,

7 17 ecuaciones que cambiaron el mundo El teorema de Pitágoras, porque conectó el álgebra y la geometría. La suma de logaritmos, porque permitió simplificar operaciones muy complejas El teorema fundamental del cálculo, porque toda las matemáticas de la física reposan sobre él. La teoría de la gravitación de Newton, porque unificó en una sola ecuación fenómenos en apariencia tan diferentes como la caída de una manzana y las órbitas de los planetas. El cuadrado de la unidad imaginaria, porque el análisis complejo es esencial para resolver muchos problemas. La fórmula de Euler para los poliedros, porque representa el nacimiento de la topología. La distribución Gaussiana, uno de los pilares de la estadística. La ecuación de onda, porque unifica fenómenos tan dispares como la luz, el sonido o los terremotos. La transformada de Fourier, esencial en el tratamiento de señales. La ecuación de Navier-Stokes, la base de la aerodinámica y la hidrodinámica. Las ecuaciones de Maxwell, que describen el electromagnetismo. La segunda ley de la termodinámica y el incremento de la entropía. La identidad masa-energía de Einstein, que unifica masa y energía. La ecuación de Schrödinger, que describe la evolución de un sistema cuántico La entropia de la información de Shannon, que describe el límite hasta el que se puede comprimir la información. El modelo logístico, quizás el sistema más simple donde aparece el caos. El modelo de Black-Scholes, que se utiliza en banca para calcular el precio de productos financieros derivados.

8 Historia del Control

9 Ramificaciones del saber en la automatización

10 Qué es automatizar? Hacer que la planta funcione automáticamente Objetivos de la automatización Incrementar la productividad y flexibilizar las herramientas Producir con calidad constante Dedicar a los humanos a las tareas creativas

11 Campos de la automatización Manufacturado (discreto) & proceso (continuo) Disposición en la fabricación (Lay-out) Piezas en posición Agrupamiento por lotes Línea de producción

12 Grados de automatización Serie Grado Lay-out Corta Manual Pieza fija Media Flexible Agrupamiento por procesos Alta Rígida Línea de producción

13 Recomendación

14 Exámenes pasados Producto A Producto B Taponadora A B R A R B VA VB TP Alimentador de botes SA SB ST M

15 Niveles de automatización Nivel I: elemental Nivel II: Máquina Nivel III: Proceso Nivel IV: Gestión integrada

16 Arquitectura de un sistema de producción MATERIAS PRIMAS Parte Operativa (Proceso) ENERGÍA MATERIAS ELABORADAS

17 Arquitectura de un sistema de producción automatizado La automatización podría ser definida cono la sustitución del operador humano tanto en sus tareas físicas como mentales, por máquinas o dispositivos. MATERIAS PRIMAS Parte de Control (Controlador) Parte Operativa (Proceso) ENERGÍA MATERIAS ELABORADAS

18 Sistema de control Las teorías y técnicas de Regulación de procesos tiene como objetivo conseguir que las variables controladas sigan la señales de mando y sean resistentes a las perturbaciones Potencia Accionadores Supervisión Parte de Mando (control) Parte operativa (proceso) Transductores

19 Elementos de los sistemas de control Planta Conjunto de actividades que se desean automatizar Unidad de control Decide las operaciones a realizar Reles, PC, PLC,.. Potencia + accionamientos El sistema de control gobierna a la planta mediante los equipos de potencia + accionamientos. Contactores, electroválvulas, Motores, cilindros neumáticos, Sensores + Interfaces Adquisición de los datos de la planta mediante la conversión de las magnitudes físicas en señales eléctricas. Comunicación entre el sistema de control y los usuarios.

20 Ejemplo de parte operativa

21 Ejemplo de parte de control Distribuidor Módulos para lógica cableada electroválvulas Sensores de posición (electromecánicos) Cilindro de doble efecto

22 Ejemplo de interfaces

23 Dispositivos y tecnologías de Automatización Automatización implica la utilización y el conocimiento de la Mecánica, Electrónica y de los Sistemas Informáticos Parte Operativa Detectores de presencia Detectores Preostatos Sensores Cámaras de posición Sensores de temperatu ra Caudalímet ros... Variadores de velocidad Contadores eléctricos, relés Potencia Distribuid ores neumáticos Arrancador es de motor AC Limitadore s de presión... Cilindros y motores neumáticos Cilindros y motores hidráulico s Actuadores Motores eléctricos Bobinas... Pantallas de control, sipnóptico Interfaz H - M Pupitres, cuadros, botoneras Teclados, ratones, etc. s Parte de Control Tecnología Tecnología Cabledada Programada Lógica neumática Sistemas electrónic os modulares Sistemas de relés, PLD' s Autómatas (PLC s) Microcontr oladores Computador es

24 Soluciones a los problemas de automatización Cableada: el automatismo se realiza a base de uniones físicas (cableado) Programada: el automatismo se realiza mediante la confección de un programa

25 Tecnología cableada No están adaptadas a funciones de control complejo Poco flexible ante modificaciones o ampliaciones Difícil la identificación y resolución de averías Ocupan en general mucho espacio

26 Ejemplo de tecnología cableada

27 Ejemplo de tecnología programada (S5)

28 Ejemplo de tecnología cableada

29 Tecnologías programables Inconvenientes de las tecnologías programables: Poco aptas para el entorno industrial Personal especializado Elevado coste del equipo y mantenimiento Superación de los inconvenientes: PLC Adaptado al entorno industrial Programable por el personal de operación Reutilizable Fácil mantenimiento

30 Autómatas programables

31 Autómatas programables

32 Ejemplo de tecnología programable ROBOTS INDUSTRIALES

33 Transición cableada/programable

34 Transición cableada/programable

35 Mercado internacional de PLCs S7

36 Sistemas Sistema es una entidad formada por un conjunto de elementos o componentes básicos del sistema, y por las relaciones existentes entre ellos, así como con el entorno. Estas relaciones se expresan formalmente empleando lenguaje matemático. x1(t) x2(t) x3(t) xn(t) Sistema y1(t) y2(t) y3(t) ym(t) (y1(t), y2(t),, ym(t)) = f (x1(t), x2(t),, xn(t))

37 Sistemas de control Un sistemas de control es aquel que las variables de salida se comportan según las órdenes dadas por las variables de entrada

38 Control por realimentación Componentes principales: Sistema Regulador Actuador Sensor Flujo de energía Perturbaciones Referencia - Acción de control + Regulador Actuador Sistema Salida Sensor

39 Control en serie Componentes principales: Sistema Modelo Actuador Flujo de energía Perturbaciones Referencia Modelo inverso Acción de control Actuador + Sistema Salida

40 Tipos de señales de control Analógico Señales continuas Discretización Binarias Todo/nada (0/1) U k - CONT. y k u y k k x(t) C. D/A PLANTA T Sensor y(t) T

41 Tipos de señales de control Analógico Señales continuas Discretización Binarias Todo/nada (0/1)

42 Control secuencial & digital directo E /S d ig ita le s C o m p u ta to r (s is te m a d is c re to ) A c tu a d o re s d ig ita le s P la n ta (d is c re ta ) C a p ta d o re s d ig ita le s

43 Tipos de control Control todo-nada versus control continuo