Introducción - Página 1 de 6 Tema 1: Introducción. 1.- Automatismos Industriales. 1.1 Introducción. En toda acción, por simple que sea, se puede distinguir la idea de bucle o lazo, como muestra la figura 1. Sensores Controlador Actuadores Proceso Figura 1 Este lazo está formado por sensores que miden o vigilan el proceso o acción. Un elemento controlador, que toma nota de lo que le informan los sensores y decide qué órdenes enviar a los actuadores para que actúen corrigiendo o no el proceso. Esta corrección sobre el proceso será observada por los sensores que a su vez informará al controlador que... y así en un lazo sin fin. Ejemplos de bucles como este son comunes en nuestra vida diaria: Estacionar el auto. Ojos (sensan distancia al cordón) - Cerebro (procesa y decide qué hacer con los brazos) - Brazos (actúan sobre el volante) Pescar. Sensor: boya - ojos; Controlador: pescador; Actuador: brazos - caña. Clasificar frutas. Decidir riego.... etc. En todos estos ejemplos que hemos presentados el hombre es prácticamente el bucle. Con sus sentidos sensa el proceso, con su cerebro controla y con sus músculos actúa. En las primeras épocas el ser humano comenzó reemplazando la fuerza de sus músculos por animales o esclavos. Apoyándose en principios físicos reemplazó y mejoró sus sentidos (con la boya sensa lo que pasa bajo el agua). Finalmente con sus avances técnicos reemplazo en muchas ocasiones el aporte de su cerebro al funcionamiento del bucle. Cuando el hombre es reemplazado en la tarea, que a veces es rutinaria o peligrosa, de medir - decidir - actuar, por algún tipo de mecanismo, entonces se dice que existe un control automático o automatismo.
Introducción - Página 2 de 6 1.2 Automatismos industriales. En la historia el hombre fue mejorando cada vez más las tecnologías usadas en la implementación de automatismos aplicados a la industria. En una etapa fueron puramente mecánicos (regulador de Watt). Luego con la aparición de la electricidad y el magnetismo se aplicaron estas Ciencias al automatismo (controladores electromecánicos) y en la actualidad tienen auge los automatismos electrónicos. A lo largo de la historia se ha ido mejorando la confiabilidad, el rendimiento, la precisión, etc. Lo que sí se ha mantenido es que siempre podemos distinguir un lazo o bucle como el de la Figura 1. En la actualidad en los distintos bloques del lazo podemos encontrar: de posición: ópticos, mecánicos, magnéticos, ultrasonido, etc. de temperatura: bimetálicos, termocuplas, etc. Sensores de presión: capacitivos, resistivos, magnéticos, mecánicos, etc. de humedad: capacitivos, etc.. etc. electromecánicos: relays, contactores, motores, etc. electrónicos: transistores, tiristores, triacs, etc. Actuadores hidráulicos: electroválvulas, válvulas modulantes, cilindros, etc. neumáticos: electroválvulas, cilindros, etc.. etc. mecánicos. electrónicos. Controladores hidráulicos. neumáticos. eléctricos, etc.
Introducción - Página 3 de 6 1.3 Controladores Se puede hacer una primera clasificación entre los controladores, teniendo en cuenta la forma en que trabajan. Así podemos distinguir entre controladores analógicos (o continuos) y controladores lógicos (o digitales, o discretos). Esta diferenciación se basa en la forma que tratan la señales que reciben y envían. Esquemáticamente esto se muestra en la Figura 2 Tipos de Controladores Controladores Analógicos Digitales Figura 2. Tomemos como ejemplo la información que vemos en un tablero de un automóvil. El velocímetro nos indica en forma continua ( sin saltos )la velocidad a la que nos movemos. Al igual que el marcador de combustible y otros, estas son informaciones del tipo analógicas. También en el tablero encontramos otras lecturas como por ejemplo la luz de indicación de carga del alternador que simplemente nos avisa que carga o que no carga. En el primer caso no sabemos cuánto carga, solo que está cargando. Esta es una medición del tipo digital o discreta ( a saltos ). Es posible que nuestro tablero también posea un reloj digital, en el que a saltos podremos ver como transcurre el tiempo de minuto a minuto, pese a que sabemos que el tiempo transcurre continuamente. Otro ejemplo bastante ilustrativo son los calefones con botonera (digital) y sin botonera (analógicos). En estos últimos tiempos son cada vez más comunes los equipos digitales, debido al fuerte avance de la electrónica en este campo. Las ventajas son numerosas y escapan, al contenido de este curso, su tratamiento.
Introducción - Página 4 de 6 1.4 Controladores lógicos. Vamos a clasificar los controladores lógicos en dos grandes grupos los que usan lógica cableada o los que usan lógica programada. La diferencia se ilustra en la Figura 3. Controladores Lógicos Cableados Programables Figura 3. En los diseños antiguos o en los actuales muy simples encontramos controladores lógicos cableados. Los podemos distinguir por sus grandes armarios, cubiertos de relays, interconectados por numerosos cables. Una modificación en sus prestaciones, requiere el agregado de nuevos componentes (parches), en algún hueco insólito. Si se debía dar de baja el controlador, por cambio de planes, era despiezado y sus componentes principales quedaban como repuestos usados para otros equipos similares. Normalmente quedaba en algún rincón del depósito. El stock de partes de repuesto debía ser grande para cada equipo y para el todo (componentes diferentes). Generalmente la tecnología usada era eléctrica con distintas variantes como se muestra en la Figura 4. Al tener tantas partes móviles este tipo de equipos, sufría frecuentes fallas y desajustes.
Introducción - Página 5 de 6 Con la invención del transistor en la década de los 50 y de los circuitos integrados en la del 60, la electrónica industrial tiene un gran avance. Los controladores electrónicos digitales fueron más confiables. Al ser estáticos (sin partes móviles) fueron ganando en durabilidad y en precisión. Pero seguían siendo a medida, y al tener más posibilidades la maraña de cables más bien creció. En los años 70 se inventa el microprocesador y produce una revolución en nuestras vidas. Revolución que todavía llega a nuestros días, con las novedades que nos sorprenden a diario. El avance en la computación, en las comunicaciones, en la industria, etc., son debido a un diminuto escarabajo o chip en la jerga de los electrónicos. Lógica Cableada Eléctrica Electrónica Relés electrom agnéticos Electroneumática Electrohidráulica Electrónica estática Figura 4. Qué tiene el microprocesador (μp)?. Hablar de su estructura interna y de su funcionamiento daría motivo para un curso completo. Podemos decir aquí que la gran ventaja es que es un elemento standard y que cada usuario puede programarlo ( instruirlo ) para que cumpla la función que desee. Y más aún, puede reprogramarlo (borrar esas instrucciones y escribirles otras) todas las veces que lo necesite. Es como un cassette al que puedo grabar, borrar y volver a grabar distintas cosas. Y además, como es standard, es barato. La electrónica industrial también fue presa de las ventajas del microprocesador y lo encontramos formando parte de los controladores (lógica programada). 1.5 Lógica programada. Es característico de este tipo de controlador la sencillez de su cableado. Simplemente se conectan a una caja ( caja negra ) los sensores y los actuadores. Por algún medio se le introduce el programa de control y el sistema está listo para funcionar. Si se desea que cumpla otra función o modificarlo, basta con cambiar el programa. Cómo se cambia el programa?. Simplemente escribiéndolo desde un teclado. La Figura 5, muestra las distintas alternativas de uso del μp en los controladores. Estas se diferencian en la presentación, uso, prestaciones, equipos a los que va dirigido, etc.
Introducción - Página 6 de 6 Com putadora (P C ) A u tó m ata Program able (P L C ) Lógica Program ada M icroprocesador (μ P) Microcontrolador (μ C) Figura 5. Computadora (PC). Un ejemplo concreto son los sistemas de control distribuido caso SCADA, Foxforo, Labview etc.. Normalmente se usan para controlar otros controladores simples en sistemas más complejos. Microprocesador (μp). Son placas donde el μp está rodeado de otros elementos que memorizan el programa, similares a las que encontramos dentro de una computadora. Para cambiar la programación se necesitan equipos especiales que dispone el fabricante de las máquinas en que están colocados. Normalmente se usan para controlar máquinas específicas y son programados por sus fabricantes. Microcontrolador (μc). Es un μp con sus memorias y elementos para comunicarse con el exterior, integrados en un solo chip. Sus prestaciones son limitadas debido a su tamaño. Ejemplos de uso de un μc lo podemos encontrar en el control de electrodomésticos, en el encendido, control de inyección o alarmas de un automóvil. Autómatas Programables (PLC). Están desarrollados especialmente para ser usados en la industria. Su programación es fácil para un usuario sin conocimientos informáticos. Más detalles se verán a lo largo de este curso, ya que es el tema que nos ocupa.