Ut 1 introduc_automatizacion

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Introduccion a la automatizacion

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Ut 1 introduc_automatizacion

  1. 1. TEMA 1 INTRODUCCIÓN A LA AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL Profesor   Roberto Gutiérrez Revilla
  2. 2. <ul><li>Comprender los conceptos básicos relacionados con la Automática. </li></ul><ul><li>Conocer el carácter interdisciplinar de la Automatización. </li></ul><ul><li>Entender los tipos de tecnologías para la Automatización. </li></ul><ul><li>Comprender la estructura básica de un sistema automatizado. </li></ul><ul><li>Comprender el concepto de realimentación. </li></ul>V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Objetivos
  3. 3. <ul><li>¿Qué es la Automatización?. </li></ul><ul><li>Antecedentes históricos. </li></ul><ul><li>Novedad en la empresa del siglo XXI. </li></ul><ul><li>Exigencias en la industria actual. </li></ul><ul><li>Objetivos de la Automatización. </li></ul><ul><li>Viabilidad de un proyecto de Automatización. </li></ul><ul><li>Ventajas e inconvenientes. </li></ul><ul><li>Tecnologías para la Automatización. </li></ul><ul><li>Estructura general del un sistema Automático. </li></ul><ul><li>Topología de los sistemas de control. LA, LC. </li></ul>V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Contenidos
  4. 4. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial ¿Qué es la Automatización?
  5. 5. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial ¿Qué es la Automatización?
  6. 6. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial ¿Qué es la Automatización?
  7. 7. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial ¿Qué es la Automatización? >>> Ver vídeo…
  8. 8. <ul><li>Automatización : Acción y efecto de automatizar. </li></ul><ul><li>Automatizar : Aplicar a un sistema procedimientos automáticos. </li></ul><ul><li>Automático : Se dice de los sistemas que funcionan en todo o en parte por sí solos. </li></ul><ul><li>Automatización Industrial : es el uso de sistemas para controlar maquinarias y/o procesos industriales sustituyendo a operadores humanos. </li></ul><ul><li>(automatización; del griego antiguo auto : guiado por uno mismo) </li></ul>V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial ¿Qué es la Automatización?. Definiciones.
  9. 9. <ul><li>Consecuencias de la definición: Automatización: </li></ul><ul><li>Utilización de equipos y técnicas para el gobierno de un proceso industrial de forma que el sistema funcione con poca o ninguna intervención humana. </li></ul><ul><li>Sustitución del operador humano por </li></ul><ul><li>un operador artificial en tareas físicas </li></ul><ul><li>o mentales: </li></ul><ul><li><<< Mínima intervención humana >>> </li></ul><ul><li>Automatismo, sistema de control . Dispositivo o conjunto de equipos mediante el cual un aparato o sistema adquiere un carácter automático. </li></ul>V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial ¿Qué es la Automatización?. Definiciones.
  10. 10. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial <ul><li>Sistema : cualquier objeto, o conjunto de elementos unidos, coordinados y en interacción donde se manifiesta una relación causa-efecto . </li></ul><ul><li>Ej.: Sistemas físicos, biológicos, económicos. </li></ul>¿Qué es la Automatización?. Definiciones. Sistema Perturbación externa Entradas Salidas
  11. 11. <ul><li>Automática: Se puede definir como: </li></ul><ul><ul><ul><li>Ciencia que estudia la automatización y sus aplicaciones. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Conjunto de técnicas con el fin de reducir la intervención humana. </li></ul></ul></ul>V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial ¿Qué es la Automatización?. Definiciones. <ul><li>Planta : es un equipo cuyo objetivo es realizar una operación determinada. Objeto físico a controlar . </li></ul><ul><li>Ej.: Horno, reactor químico, vehículo espacial. </li></ul><ul><li>Proceso : Magnitud física a controlar . </li></ul><ul><li>Ej.: Temperatura, presión, posición, velocidad. </li></ul>
  12. 12. Control: Se puede definir como: “ La manipulación indirecta de las magnitudes de un sistema llamado planta a través de otro sistema llamado sistema de control” V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Ingeniería de Control: tecnología multidisciplinar . ¿Qué es la Automatización?. Definiciones. Matemáticas Física Informática Economía CONTROL
  13. 13. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial ¿Qué es la Automatización?. Definiciones. <ul><li>Resumen, tenemos los siguiente elementos: </li></ul><ul><li>PLANTA : Objeto físico a controlar. </li></ul><ul><li>SISTEMA DE CONTROL : Encargado de actuar sobre la planta. </li></ul><ul><li>OPERADOR : Encargado de fijar las consignas (supervisión). </li></ul>Sistema Automático = Planta + Automatismo
  14. 14. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial ¿Qué es la Automatización?. Ejemplos.
  15. 15. Control del nivel del depósito V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial ¿Qué es la Automatización?. Ejemplos.
  16. 16. Máquina de Taladrar V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial ¿Qué es la Automatización?. Ejemplos.
  17. 17. Llenado de botellas Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial ¿Qué es la Automatización?. Ejemplos. V_01.10
  18. 18. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial ¿Qué es la Automatización?. Ejemplos. Simulación
  19. 19. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial <ul><li>Primeros sistemas de control: </li></ul><ul><li>Revolución industrial segunda mitad del siglo XVIII y principios del XIX . Basados en componentes mecánicos y electromagnéticos, engranajes, palancas, pequeños motores, relés, contactores, temporizadores. </li></ul><ul><li>PROBLEMAS : </li></ul><ul><li>Armarios donde se alojaban muy grandes. </li></ul><ul><li>Probabilidad de avería muy alta. </li></ul><ul><li>Localización de la avería muy difícil y complicada. </li></ul><ul><li>Stock de material y costo económico muy alto. </li></ul><ul><li>No flexibles. </li></ul>Antecedentes históricos. Automática.
  20. 20. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Antecedentes históricos. Automática. <ul><li>Años 50 => semiconductores y los primeros circuitos integrados. Sustituirían las funciones realizadas por los relés. </li></ul><ul><li>– Mejoras: </li></ul><ul><li>Sistemas de menor tamaño y menor desgaste. </li></ul><ul><li>Reducía el problema de fiabilidad y de stock. </li></ul><ul><li>– Problema: </li></ul><ul><li>Falta de FLEXIBILIDAD. </li></ul>
  21. 21. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Antecedentes históricos. Automática. PLD´s. <ul><li>A finales de los años 60 : </li></ul><ul><li>La industria demanda un sistema económico, robusto, flexible y fácilmente modificable. </li></ul><ul><li>En 1968 nacieron los primeros autómatas programables (APIs o PLCs). General Motors y Ford. </li></ul><ul><li>Disponen: memoria cableada y una unidad central constituida por circuitos integrados. </li></ul>
  22. 22. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Antecedentes históricos. Automática. PLD´s. <ul><li>Principios de los 70 : </li></ul><ul><li>PLCs incorporan el Microprocesador . Más prestaciones, comunicación hombre-máquina más modernos, manipulación de datos, cálculos matemáticos, funciones de comunicación. </li></ul><ul><li>Segunda mitad de los 70 : </li></ul><ul><li>Más memoria. E/S remotas, analógicas y numéricas. Control de posicionamiento. Lenguajes con instrucciones más potentes . Comunicaciones con periféricos y ordenadores. </li></ul>
  23. 23. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Antecedentes históricos. Automática. PLD´s. <ul><li>A partir de los 80 : </li></ul><ul><li>Mayores prestaciones: </li></ul><ul><li>velocidad de respuesta, reducción de dimensiones, más E/S, más memoria, desarrollo de módulos de control continuo, PID, servocontroladores. </li></ul><ul><li>Más capacidad de diagnóstico, más tipos de lenguajes de programación : KOP, FUP, AWL, flujogramas, lenguajes informáticos, Grafcet. </li></ul>
  24. 24. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Antecedentes históricos. Resumen. PLD´s. Comunicaciones
  25. 25. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Novedad en la empresa del siglo XXI Compatibilizar objetivos de Eficiencia y Flexibilidad en los sistemas productivos mediante la integración de ordenadores y máquinas (CIM). Principal problema derivado: integración de ordenadores y máquinas => comunicaciones En la actualidad se requieren productos: seguros, de calidad y en cantidad suficiente para que el precio de comercialización sea competitivo.
  26. 26. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Exigencias en la industria actual Tiempo de entrega cada vez más reducido Mayor exigencia en la precisión Personal y bienes de equipo Diversidad de productos
  27. 27. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Objetivos de la Automatización Mejorar la productividad: reducir costes, aumentar la calidad y uniformidad de productos. Mejorar las condiciones de trabajo, eliminando trabajos molestos, insalubres, nocivos y peligrosos, y aumentar la seguridad . Realizar operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente.
  28. 28. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Objetivos de la Automatización Reducir la intervención humana, el aburrimiento y posibilidad de error humano. Mejorar la disponibilidad de los productos: disponer las cantidades necesarias en el momento preciso y disminuir stocks. Mejorar el mantenimiento: más fácil.
  29. 29. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Objetivos de la Automatización Integrar gestión y producción. Objetivo supremo: Ganar dinero. ¿ Rozando el límite Legal ?. La Automatización sólo es viable si al evaluar los beneficios económicos y sociales de las mejoras que se podrían obtener, estas son mayores a los costos de operación y mantenimiento actuales. Resumen
  30. 30. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Viabilidad de un proyecto de Automatización Plazo Tecnología Coste Viabilidad
  31. 31. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Ventajas e inconvenientes de la Automatización • Aumentar la producción y adaptarla a la demanda. • Disminuye el coste del producto. • Mejorar la calidad del producto y mantenerla constante. • Mejora la gestión de la empresa. • Disminuye de la mano de obra. • Flexibilidad en el uso de las maquinas y herramientas. Ventajas
  32. 32. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Inconvenientes <ul><li>• Incremento del paro en la sociedad. </li></ul><ul><li>• Incremento de la energía consumida por producto. </li></ul><ul><li>• Inversión en el coste del producto. </li></ul><ul><li>• Mayor nivel de conocimientos de los operarios. </li></ul><ul><li>Obsolescencia Programada. </li></ul>Ventajas e inconvenientes de la Automatización
  33. 33. Mecánica V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Tecnologías para la Automatización Tecnologías Automatización Programada Cableada Neumática Hidráulica Eléctrica Relés Electrónica PC-industrial PLC DSP, µC Robot, CNC
  34. 34. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Tecnologías para la Automatización
  35. 35. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Tecnologías para la Automatización Lógica Cableada Inconvenientes Ventajas <ul><li>Adecuado para problemas sencillos. </li></ul><ul><li>Simplicidad en el diseño. </li></ul><ul><li>Ocupa mucho espacio. </li></ul><ul><li>Poca flexibilidad. </li></ul><ul><li>Mantenimiento costoso y personal muy cualificado. </li></ul><ul><li>Elevado coste de instalación. </li></ul><ul><li>No adaptado a funciones de control complejas. </li></ul>
  36. 36. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Tecnologías para la Automatización Lógica Programada Ventajas Inconvenientes <ul><li>Para aplicaciones sencillas No es rentable. </li></ul><ul><li>Requiere personal cualificado. </li></ul><ul><li>Ocupa poco espacio. </li></ul><ul><li>Flexibilidad. </li></ul><ul><li>Mantenimiento más sencillo. </li></ul><ul><li>Adaptado a funciones de control complejas. </li></ul><ul><li>Coste de instalación más bajo. </li></ul>
  37. 37. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Tecnologías para la Automatización Características Lógica Cableada Lógica Programada Baja Baja Mucho Mucho Difícil No No Alto Difícil <ul><li>Flexibilidad </li></ul><ul><li>Posibilidad de ampliación </li></ul><ul><li>Cableado </li></ul><ul><li>Tiempo de diseño </li></ul><ul><li>Mantenimiento </li></ul><ul><li>Modificaciones on line </li></ul><ul><li>Simulación </li></ul><ul><li>Coste para pequeñas series </li></ul><ul><li>Estructuración en bloques </li></ul>Alta Alta Poco Poco Fácil Sí Sí Bajo Fácil
  38. 38. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Estructura general de un sistema Automático Parte Operativa (Proceso) Materias Primas Productos Elaborados Energía Parte de Mando (Controlador)
  39. 39. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Estructura general de un sistema Automático Máquina, planta, proceso Sistema de Control
  40. 40. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Estructura general de un sistema Automático Planta Accionador Control HMI Trabajo MP Pre - accionador Captores Consignas
  41. 41. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Ejemplo: sistema automatizado. Control Temperatura . Regulador Válvula de Gas Caldera Habitat Sensor Tª Selector Tª Fluido Tª Sistema Control Proceso Actuador Sensores Q
  42. 42. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Topología de los sistemas de Control. Lazo o bucle Abierto . Aquellos en los que la variable de salida y(t) ( variable controlada ) NO tiene efecto sobre la acción de control u(t) ( variable de control ). (set point) Controlador Planta Entrada r(t) Salida y(t) u(t) Perturbación z(t)
  43. 43. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial <ul><li>Características </li></ul><ul><li>No se compara y(t) con el valor deseado r(t). </li></ul><ul><li>La exactitud de la salida y(t) depende de la calibración del controlador. </li></ul><ul><li>No se utiliza realimentación alguna. </li></ul>Topología de los sistemas de Control. Lazo o bucle Abierto . <ul><li>Ventajas </li></ul><ul><li>Son más sencillos, fácil construcción y mantenimiento. </li></ul><ul><li>¡Bajo costo!. </li></ul><ul><li>Inconvenientes </li></ul><ul><li>Problemas con perturbaciones (NO corrigen el error). </li></ul><ul><li>Exigen continuas calibraciones. </li></ul><ul><li>Componentes mejor diseñados. </li></ul>
  44. 44. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Topología de los sistemas de Control. Lazo o bucle Abierto . Aplicaciones <ul><li>Dispositivos con control secuencial : se realizan unas operaciones de una forma determinada. Éstas se realizan por eventos ( event-driven ) o por tiempo ( timedriven ). </li></ul><ul><li>Cuando se conocen las entradas y NO existen perturbaciones. </li></ul>Lavadora Funcionamiento: timedrive (base de tiempos) La variable de salida “limpieza de la ropa” no afecta al funcionamiento de la lavadora . Ejemplos:
  45. 45. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Topología de los sistemas de Control. Lazo o bucle Abierto . Ejemplos: Semáforos de una ciudad Funcionamiento: timedrive (base de tiempos) Variable de salida “estado del tráfico” no afecta la funcionamiento del sistema. Control de un motor en lazo abierto Tensión de armadura de un motor DC de excitación independiente.
  46. 46. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Topología de los sistemas de Control. Lazo o bucle Cerrado . (set point) LA x(t) Controlador Planta Entrada r(t) Salida y(t) u(t) Perturbación z(t) ( set point ) realimentación LC Controlador Planta Entrada r(t) Salida y(t) u(t) Perturbación z(t)
  47. 47. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Topología de los sistemas de Control. Lazo o bucle Cerrado . Aquellos en los que la señal de salida y(t) ( variable controlada ) tiene efecto sobre la acción de control u(t) ( variable de control ). Existe Realimentación . e Ciclo Cerrado consiste en “ medir, decidir y actuar ” Control Planta r(t) y(t) u(t) Perturbación z(t) realimentación LC-Realimentado x(t)
  48. 48. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Topología de los sistemas de Control. Lazo o bucle Cerrado . <ul><li>Características </li></ul><ul><li>Existe realimentación: y(t) y/o x(t). Medir con sensores. </li></ul><ul><li>Se puede comparar y(t) con el valor deseado r(t). </li></ul><ul><li>Ventajas </li></ul><ul><li>Mejor desempeño del sistema (exactitud, estabilidad, perturbaciones, sensibilidad). </li></ul><ul><li>Menor del error del sistema (compensación de las perturbaciones). </li></ul><ul><li>Inconvenientes </li></ul><ul><li>Mayor complejidad en diseño y análisis. </li></ul><ul><li>Mayor costo. </li></ul><ul><li>Problemas de estabilidad en la respuesta. </li></ul>
  49. 49. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Topología de los sistemas de Control. Lazo o bucle Cerrado . Aplicaciones <ul><li>Sistemas de control de temperatura, presión, caudal, posición, velocidad, aceleración. </li></ul><ul><li>Control numérico por computador (CNC). </li></ul><ul><li>Robótica. </li></ul><ul><li>Sistemas de manutención de material. </li></ul>Ejemplos: <ul><li>Lavadora </li></ul><ul><ul><li>Sensores: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Turbidez (suciedad ropa) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Carga (peso ropa). </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Presión de agua. </li></ul></ul></ul>
  50. 50. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Topología de los sistemas de Control. Lazo o bucle Cerrado . Ejemplos: Control de un motor en lazo cerrado Corriente de inducido de un motor DC de excitación independiente. <ul><li>Semáforos de una ciudad </li></ul><ul><li>Variable de salida “estado del tráfico”. </li></ul><ul><ul><li>Sensores: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Presión (coches) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Cámara de visión. </li></ul></ul></ul>
  51. 51. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Topología de los sistemas de Control. Resumen . Elementos de un Sistema de Control Sensores Control Actuadores Miden Evalúa Ejecutan
  52. 52. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Ejemplos: Sistemas industriales de eventos discretos >>> Ver vídeos… Ensamblaje de piezas Transporte de productos Almacén automático
  53. 53. V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial Trabajos Repaso de los conceptos básicos. Automatización. Control. Elementos básico. Tecnologías de la automatización. Realimentación. www. Buscar: Sensores limpieza del lavado. Lavadora. Ejemplos de sistemas en lazo abierto y cerrado.
  54. 54. FIN Continuará… V_01.10 Prof.  Roberto G.R. T1 Introducción a la automatización industrial

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