Automatizacion Industria_Teoria y Control (1).pdf

A
IN
Teoría y
,
ZACION
L:
oratorio
U:nivérsidadDistrital Francisco José de caldas
¡;'-l
Humberto H. Gutiérrez Ramírez
Primera Edición
2610

,
AUTOMATIZACION
INDUSTRIAL:
Teoría y Laboratorio
~

Prefacio
El trabajo que presento a la comunidad académica es la suma de varios factores: la
recopilación de información que muchos autores han compartido en la red de Internet,
mis experiencias como docente en el área de la Electrónica Industrial, y el trabajo que
mis estudiantes han aportado durante muchos años, resultados valiosos en ideas, desa_
rrollos y que he ido seleccionando para incluirlos en esta obra.
He enfatizado el carácter de los temas, puesto que están orientados hacia los sistemas de
eventos discretos, complementando, en esta forma, sus cursos de control que están
dirigidos hacia los sistemas continuos y de tiempo discreto. Por tal razón, introduje un
capítulo dedicado a dos de los métodos clásicos de modelamiento de los sistemas de
eventos discretos, como son las Redes de Petri y las cartas de estado, estas últimas
basadas en una herramienta de Matlab conocida como Statef1ow.
Para el análisis de los procesos industriales utilizando estas herramientas de modela_
miento, he incluido la aplicación de un programa que desarrollé en Matlab con el que se
puede hacer el análisis de la Red de Petri del Proceso y luego trasladar a Statef10w de
Matlab.
Propongo cuatro laboratorios básicos, el primero basado en la lógica eléctrica, dos para
desarrollar con el controlador lógico programable y el último es una aplicación usando la
tecnología hidráulica-neumática complementada con el controlador.
Espero que este modesto y sencillo trabajo sea del agrado de mis estudiantes y encuen_
tren en fa información dada, el conocimiento y la motivación para entrar en este campo
tan apasionante como es la automatización.
Mis agradecimientos:
Con humildad a Dios por iluminar mi mente y permitirme vivir la vida.
A mi esposa Edilma y mis hijos Adriana y Nicolás, quienes tuvieron la paciencia y com_
prensión ya que en muchos momentos cuando más me necesitaban, yo estaba ocupado.
A la Universidad Distrital, mi Alma Mater, por concederme este tiempo tan valioso para
poder escribir este trabajo.
y a mis estudiantes, mi objetivo de trabajo y fuente de inspiración, para quienes va diri_
gido el libro.
Cualquier inquietud, mis correos electrónicos:
autierrez@udistrital.edu.co hgutierrez95@yahoo.com

,
Indice
Prefacio
1. Perfil del Ingeniero de Automatización
1.1. Introducción................ 1
1.2. características y Cualidades.. 1
1.3. Ingeniería y Sociedad............... 2
1.4. Características del Ingeniero para la Acreditación........................................................... 5
1.5. Problemas en Ingeniería............................................... 9
1.6. Conclusiones.................................................................................................. 12
Ejercicio 1.1....... 13
2. Automatización Industrial
Introducción :............................................. 15
Evolución Histórica. 16
Automatización......................................... 18
Objetivos de la Automatización.............. 19
Tipos de Plantas de Producción........ 20
Disposición de los Procesos en la Planta...................................................................... 22
Niveles de jerarquía en la Automatización IndustriaL................................................ 23
2.7.1. Sistemas Integrados de Producción:Concepto CIM.................................................. 24
2.7.2. Sistemas de ControlIndustrial................................................................................ 29
2.7.3. Pirámidede la Automatización.. 31
Celdas de Manufactura Flexible.. 34
Sistemas de. Eventos Discretos..... 38
Conclusiones.......... 43
Ejercicio 2.1............................................................................ 46
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
2.10.
" ...•....•

3. Dispositivos de Control Eléctrico
3.1. Introducción .
3.2. Dispositivos de Maniobra y Mando .
3.2.1. Interruptores .
3.2.2. Pulsadores .
3.2.3. Detectores de Posición .
3.2.4. ElContactor .
3.2.5. Relésde EstadoSólido oO •••••••••••• oO ••••••••••••• oO ••••••••••••
3.2.6. Temporizadores :..oO •••••••••••••••••••••••••••••••
3.2.7. Contadores .
3.2.8. Detectores de Proximidad .
3.2.9. Presóstatosde Potencia .
3.2.10. Otros Dispositivos .
3.3. Simbología Eléctrica .
3.4. Diagramas Para el Control Eléctrico .
3.4.1. Diagrama Esquemático .
3.4.2. Diagrama Ladder .
3.5. Conclusiones .
Ejercicios 3.1 .
Ejercicios 3.2 .
Ejercicios 3.3 .
Ejercicios 3.4 .
4. Automatismos de Control Eléctrico
4.2. Modelo: Análisis y Síntesis .
4.3. Automatismos combinatorios y Secuenciales .
4.4. Diseño de Automatismos Lógicos .
4.4.1. LógicaBinaria .
4.4.2. Automatismos Eléctricos .
4.5. Conclusiones .
Ejercicios 4.1. .
Ejercicios 4.2 .
Ejercicios 4.3 .
Laboratorio 1 .
48
50
50
57
58
62
67
71
74
75
79
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81
85
85
87
88
60
81
83
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.-.
90
91
93
96
97
101
126
'.
99 105
113
123
/'''1.

5. Controlador Lógico Programable
5.1. Introducción. 127
5.2. Definición y Aplicaciones.......................................................... 128
5.3. Arquitectura................... 131
5.3.1. Bloques Principales........................................ 132
5.3.2. Bloques Necesarios............................................................................................... 132
5.3.3. Programa ROM.......................... 134
5.3.4. Memorias :....... 134
5.3.5. Interfases de Entrada y Salida.. 139
5.3.6. Fuente de Alimentación........... 141
5.4. Fundamentos.................................. 142
5.4.1. Sistemas Numéricos.............................................................................................. 143
5.4.2. Señales Digitales y Análogas.................... 145
S.S. Programas de Control.................................................. 148
5.6. Lenguajes de Programación del PLC............................................................................. 150
5.7. Lenguajes: Ladder, de Bloques Funcionales y listado de Instrucciones...................... 151
5.7.1. Combinaciones AND-OR........... 155
5.7.2. Operaciones de Pila Interna.... 160
5.7.3. Funciones de Temporización.................... 164
5.7.4. Temporizadores Especiales..................................................................................... 166
5.7.5. Función Contador.................................................................................................. 169
Texto Estructurado .
Diagramas de Función Secuencial. : .
5.8.1. lEC 61131. : .
5.8.2. El GRAFCET .
5.8.
5.9.
5.8.2.1.
5.8.2.2.
5.8.2.3.
Elementos del GRAFCET .
Reglas de Evolución del GRAFCET .
Estructuras en el GRAFCET .
201
201
203
203
206
207
231
5.10. Recursos de los PLCs.... 242
5.11. Guía GEMMA..;................................................................................................................ 283
5.11.1. Metodología........................................... 285
5.11.2. Representación Gráfica Convencional....................................................................... 290
5.11.3. Utilización de la Guía GEMMA.................................................................................. 295
5.11.4. Diseño Estructurado de Automatismos..................................................................... 304
5.12. Conclusiones........................................ 323
Ejercicios 5.1..... .•..................................................................... 157
Ejercicios 5.2 0........... 164
Ejercicios 5.3........ 174
Ejercicios 5.4.......... 214
Ejercicios S.S 0.... 223
..

Ejercicios 5.6.. 238
Ejercicios 5.7.. 251
Ejercicios 5.8.................................................................... 313
Laboratorio 2.............................................................................................. 184
Laboratorio 3........ 254
6. Conceptos Básicos de Neumática
6.1. Introducción..... 324
6.2. Principios Básicos del Aire... 324
6.3. Propiedades del Aire Comprimido.. 326
6.4. Producción del Aire Comprimido................................................................................... 329
6.4.1. Tipos de Compresores........... 329
6.4.2. Compresores........................................................................................................ 330
6.5. Elementos Adicionales del Compresor ,..................................................... 335
7. Conceptos Básicos de Hidráulica
..
7.2. Principios Físicos .
7.3. Aspectos Generales .
8. Dispositivos y Circuitos Hidráulicos-Neumáticos
8.2. Cilindros .
8.3. Válvulas .
8.3.1. Válvulas Distribuidoras .
8.3-.2. Válvulas de Presión .
8.3.3. Válvulas de Cierre .
8.3.4. Válvulas Reguladorasde Caudal. : .
8.4. Simbología Hidráulica-Neumática .
8.5. Diagramas de Fases Hidráulico-Neumático .
8.6. Conclusiones oOoO
Ejercicios 8.1. .
Ejercicios 8.2 oo •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••
Ejercicios 8.3 oo •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••
Ejercicios 8.4 .
338
338
343
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.
345
345
350
350
360
362
363
366
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373 411
353
357
362
368
..

9.l.
9.2.
9.3.
9.4.
9.5.
9.6.
Ejercicios 8.5..... 377
Ejercicios 8.6...................................................................... 393
Laboratorio 4................................... 396
9. Modelamiento de los Sistemas de Eventos Discretos
Redes de Petri y Cartas de Estado
Introducción.................... 412
Redes de Petri..... 413
Definición Formal................. 414
Evolución de las Redes de Petri..................................................................................... 417
Modelamiento de Sistemas................................................... 420
Propiedades de Comportamiento.................................................. 422
9.6.1. Alcanzabilidad................................. 423
9.6.2. Limitación........................................................................................... 423
9.6.3. Viveza.................................................................................................................. 423
9.6.4. Reversibilidad ,............................................................. 424
9.6.5. Cobertura................................................................ 424
9.6.6. Persistencia.................................. 424
9.7. Métodos de Análisis....................................................................................................... 424
9.7.1. Árbol de Alcanzabilidad..................................... 424
9.7.2. Análisis Matricial......... 429
9.7.2.1. Construcciónde los Marcados ~...... 429
'X. 9.7.2.2. Propiedadde Conservatividad........................................................................... 430
9.7.2.3. Propiedadde Reversibilidad...................................................................... 432
9.7.2.4. Propiedadde Seguridady Limitación................................................................... 432
9.7.2.5. Propiedadde Alcanzabilidad........... 432
9.8. Cartas de Estado (Statechart)........ 434
9.9. Máquinas de Estado Finito y Stateflow......................................................................... 435
9.10. Elementos de Stateflow....... 436
9.11. Semántica........................... 440
9.11.1. Semánticade EstadosActivos-Inactivos. 440
9.11.2. Semánticade Transición con Acciones................... 441
9.11.3. Transición entre sub_estados............................................................................... 443
9.11.4. Condiciónen Uniones..... 444
9.11.5. Transición por Defecto en OR-EX.......................................................................... 445
9.11.6. Transición por defecto y Unión Histórica................................................................ 446
9.11.7. Transición por Defecto con Etiquetas.................................................................... 446
9.11.8. Transiciones Internas , 447
9.11.9. Transición Interna Conectadaa Unión Conectiva................................................... 449
9.11.10. Accionesen DescomposiciónAND.. 450

9.11.11. Acciones de Transición y Eventos Anidados .
9.11.12. Construcción de Decisiones .
9.11.13. Construcción de Lazo FOR .
9.11.14. Uso de Calificadores .
9.12. Adecuación de las Redes de Petri al Mapa de Stateflow .
9.12.1. Proceso_prueba4 .
9.12.4. Proceso_prueba 17 .
9.12.5. Proceso_prueba 12 .
9.13. Adecuación del Mapa a la Carta de Stateflow .
9.14: Método y Procedimiento .
9.14.1. Método de Traslado de Redes con Secuencias Simultáneas .
9.14.2. Método de Traslado para Redes con Secuencias no Simultáneas .
9.14.3. Procedimiento para Configurar Datos y Eventos .
9.14.4. Procedimiento para Configurar Señales en Simulink .
9.15. Conclusiones .
Ejercicios 9.1. .
Bibliografía
.~Jl
451 453
454
454
456
459
468
472
477
481
485
,
)
487
489
502
504
506
517
510

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO
1
1
1.1. Introducción
Peñil del
Ingeniero de
Automatización
En este capítulo introductorio, se mencionan algunos aspectos que el
estudiante de ingeniería electrónica ha adquirido a través del estudio, la experiencia,
el gusto, etc., que lo han formado para ser capaz de enfrentar los innumerables retos
que en su vida profesional tendrá que resolver. Son cualidades, destrezas,
habilidades que adquirió en las aulas de clase, en los laboratorios y en sus horas de
dedicación.
1.2. Características y Cualidades
Como punto de partida, se presenta una definición de ingeniería.
«Ingeniería es la profesión en la que los conocimientos de las matemáticas, física, ciencias naturales,
obtenidos a través del estudio, la experiencia y la práctica, se aplican con juicio, para desarrollar
diversa formas de utilizar, de manera económica, las fuerzas y materiales de la naturaleza, en
beneficio de la humanidad».
Esta definición es propuesta por la ABET (Consejo de acreditación para la ingeniería y tecnolo_
gía de los Estados Unidos de América).
Entonces, la ingeniería no es una ciencia, sino una aplicación de la ciencia, que requL
ere de la habilidad y de la creatividad de quien la ejerce.

3
• Comprender asuntos culturales y económicos en un mundo globalizado. Se requiere mayor movilidad
internacional .
• Hoy¡ la responsabilidad social del ingeniero es mayor: gracias a la ingeniería se han construido
magnmcas obras¡ pero los problemas de la humanidad siguen sin resolver: educación¡ salud¡ trabajo
para todos¡ etc.
Los puntos mencionados sirven de base para definir el perfil del ingeniero: los rasgos
pertinentes de un egresado de ingeniería que se desempeñará como tal en el siglo
XXI son:
1. Conocimientos aprendidos de su profesión y de la cultura contemporánea.
2. Habilidades de razonamiento desarrolladas. Ser capaz de: crear¡ criticar y aprender. Ser capaz de
trabajar en equipo y comunicar con claridad.
3. Actitudes reforzadas. Ser: cuidadoso del medio ambiente¡ productivo¡ responsable¡ honesto¡ intere_
sado en los demás y con la preocupación permanente de continuar educándose en su profesión.
Los valores que sostienen estas actitudes son: el hombre,. medio ambiente y el servicio.
Para satisfacer estos perfiles, el estudiante de ingeniería y futuro ingeniero debe
tener una serie de cualidades intelectuales y personales que le permitirán desempe_
ñarse eficientemente en su profesión.
• Inicialmente están los conocimientos reales.
Estos son adquiridos en las aulas de la universidad y como experiencia en su vida
profesional. Estos conocimientos reales son:
En ciencias básicas: como son las matemáticas¡ física y química. Esto es evidente al observar los
distintos programas ofrecidos en pregrado en donde un 30% a 40% de asignaturas son de ciencias
básicas.
Ciencias aplicadas: que tiene que ver con el «dónde» y «cómo» aplicar los conocimientos reales
adquiridos en las ciencias básicas. Se incluyen áreas como la electrónica y circuitos básicos¡ digitales¡
control¡ comunicaciones¡ instrumentación¡ etc.
Conocimientos empíricos ordenados: resultan de la experiencia y la inventiva al entrar a diseñar y
proyectar; muchas ideas¡ prácticas y observaciones¡ aunque no fundadas en principios científicos¡ han
demostrado¡ por la experiencia¡ que son buenas y útiles. Todo ese material se ha registrado y perpe_
tuado y constituye un inmenso universo de conocimientos empíricos en los que se apoya el ingeniero.
otros conocimientos: hay varios aspectos no técnicos del desarrollo intelectual de un estudiante de
ingeniería. Para ser profesionalmente competente¡ su caudal de conocimientos debe extenderse más
allá de las ciencias físicas y la ingeniería. Debe abarcar materias como economía¡ psicología¡ sociología¡
humanidades¡ política¡ otros idiomas e incluso bellas artes. Todo este bagaje de conocimientos da
formación al ingeniero integral. Por esta razón un 20% de los programas de ingeniería deben incluir
cursos de humanidades y ciencias sociales.
• Ahora se consideran las habilidades del ingeniero .
./ Debe tener habilidad en el diseño¡ siendo el diseño la parte medular de la ingeniería; todo lo que
se efectúa para resolver un problema se hace mediante el diseño. La habilidad en el diseño depende
en gran porcentaje¡ además de los conocimientos mencionados¡ de la inventiva y la creatividad.

AUTO MATIZACIÓN INDUSTRIAL: IB:kiCJ...
1. Perfil del Ingeniero de Auto -=:z__
- -J' o 4
./ Un método para predeci E: - e soluciones alternativas es el uso del criterio
personal, un fuerte conocimie' 2 - -- ":_>:2 11 la simulación, es decir, la experimentación virtual
o experimentación mediante ~~ ora es una poderosa herramienta práctica, que
mediante la diversidad de paquetes (le s::::'~'C12,consütuyen formas de hacer cálculos y simulaciones
rápidas y eficientes .
./ Se tiene que experimentar, lo que si<;nf.k:a e hay que saber preparar un experimento con el fin
de obtener la mayor cantidad de informa -' confiable con un mínimo de tiempo y costo .
./ En la experimentación y en muchas otras fases de trabajo habrá que utilizar la destreza o habilidad
de medición.
./ Muy relacionada con la experimentación y la medición está la aptitud para deducir conclusiones
inteligentes a partir de las observaciones .
./ Siempre se busca la solución óptima (la mejor). Optimización es un término que se aplica al
proceso de alcanzar la mejor solución .
./ Las fuentes de información resultan importantes puesto que pueden reducir trabajo, ampliar los
conocimientos y permiten lainteracción con personas de otras especialidades .
./ Debe ser capaz de expresarse clara y concisamente si se aspira a ser un buen ingeniero; la aptitud
en la comunicación comprende la capacidad de expresarse matemática y gráficamente .
./ La capacidad de trabajar eficientemente con otras personas es de importancia obvia. La práctica
de la ingeniería comprende muchas relaciones con numerosas personas; si no se es capaz de mante_
ner relaciones de trabajo cooperativas con ellas, se estará en dificultades.
• Siguiendo con las cualidades del ingeniero, están las actitudes .
./ Cultivar una actitud interrogante, una curiosidad por el «cómo» y el «por qué» de las cosas. Esa
actitud le permitirá obtener mucha información útil y numerosas ideas aprovechables .
./ Al hacer frente a prejuicios, presiones y tradiciones, hay que esforzarse en tener objetividad al
realizar evaluaciones y tomar decisiones."-",
./ Se espera que un ingeniero asuma una verdadera actitud profesional hacia su trabajo, hacia la
gente que sirve, hacia aquellos a quienes afectan las soluciones halladas por él y hacia sus colegas. El
erdadero profesional sirve a la sociedad como un experto así que el cliente confía y debido a esta
confianza, el ingeniero tiene la obligación de desempeñar sus servicios con apego a la ética.
La obligación profesional comprende algo más que limitarse a vivir de acuerdo con la
confianza depositada por aquellos a quienes sirve y que resultan afectados por su
abajo, incluye también:
Insistencia en considerar a fondo un proyecto hasta tener una solución bien fundamentada .
./ El deseo de sostenerse en esa solución con el objeto de aprovechar la experiencia ~btenida .
./ La firme voluntad de mantenerse informado de las mejores prácticas o procedimientos y de los
'fumas adelantos y utilizar/os.
Un sentido de responsabilidad hacia los colegas que se manifieste en las acciones, en los intentos
e mejorar las condiciones del grupo profesional al que se pertenezca y la disposición para intercam_
biar información «no clasificada» con otras personas de la p ofesión .
./ Mantener en estricta reserva las ideas no patentac!as, los procesos secretos, los métodos de
características únicas o especiales, que proporcionan a nu diente una ventaja sobre sus competL
dores.

AUTOMATIZACIÓN INDUST
1. Perfil del Ingeniero de A "
ORATORIO 5
./ Un anhelo de contribuir al
./ Tener una mente abierta ó"
teorías¡ a las nuevas ideas y a las i
e la humanidad mediante su trabajo y consejo .
.esta a lo nuevo y diferente. Hay que ser receptivo a las nuevas
do es en la tecnología .
./ Por último se considera el deseo la capacidad de auto superación permanente. Esta capacidad se
logra con la experiencia¡ los libros¡ revistas¡ las conferencias¡ visitas técnicas¡ publicaciones y los
cursos de postgrado. Desde luego¡ el auto-mejoramiento continuo¡ además de ser una obligación
profesional¡ es una buena inversión en el sentido personal y financiero.
1.4. Características del Ingeniero para la
Acreditación (1)
El perfil del egresado destaca, en lo esencial, el conjunto de capacidades y
atributos que debe adquirir el estudiante al egresar de la carrera, Constituye un refe_
rente fundamental para el diseño y la revisión curricular, para la gestión docente, así
como para la evaluación y acreditación de la carrera.
(1) El texto del numeral 1.4 es tomado de la siguiente dirección electrónica:
www.mec.gov.py/aneaes/docs/Perfil%20Ingen ieria %20en%20validacion %20 hasta%.
El siguiente informe es la recopilación de varias fuentes bibliográficas¡ tanto regionales como
internacionales de diversas organizaciones¡ entre los que cabe mencionar: ••
MEXA: Mecanismo Experimental de Acreditación
ABET: Accreditation Board for Engineering and Technology
Career Space: Generic ICT Skill profiles
RIACES: Red Iberoamericana de Agencias de Acreditación de la Educación Superior
CNAP: Comisión Nacional de Acreditación- Gobierno de Chile
Proyecto Alfa Tuning - América Latina.
El ámbito laboral del egresado de una carrera de Ingeniería es muy amplio y poco previsible. El egre_
sado de una carrera de Ingeniería puede trabajar en proyectos y diseños variados¡ gestión¡ operación¡
mantenimiento¡ desarrollo¡ ventas entre otros.
Por lo tanto¡ los ingenieros deben poseer conocimientos básicos generales y relevantes¡ lo que no
exduye el desarrollo de capacidades específicas actuales de gran pertinencia y vigencia profesional.
Las capacidades sistémicas comprenden la capacidad de analizar¡ representar y separar sistemas¡ de
aislar blernas y resolverlos. Estas capacidades están estrechamente vinculadas a los atributos y
capa " '2' ese las personas tales como el trabajo en equipo, la comunicación personal, la formulación
e píl:1:Jlt:fllilSI la recuperación de información entre otras.
egresados necesitan poseer un amplio conjunto de capacidades técnicas y los que trabajan
=---=~-naG'as áreas especializadas necesitan capacidades específicas más exhaustivas. Y es funda_
---- - -paz de tomar la iniciativa y proponer soluciones para sistemas o resolver problemas.
::_=s= __~ ~ "ecnologías mejoran y cambian con rapidez, es posible que algunos elementos
_ -"~ an relevancia con el tiempo y que haya aspectos nuevos que requieran mayor
~ -~ en su estudio para lograr un conocimiento más completo.

6
Las competencias del egresado constituyen la base para que a partir de las mismas y, por ejemplo,
con el ejercicio profesional o estudios de postgrado, se puedan generar otras competencias.
Por lo expuesto, la carrera debe garantizar que los profesionales que titula:
• Han adquirido las competencias necesarias para aplicar un cuerpo distintivo de conocimientos
científicos, matemáticos y tecnológicos en un contexto general, tomando en consideración las
restricciones impuestas por las finanzas, la legislación, la ética y las personas,
• tienen capacidad de innovación, creatividad y habilidad específica, centrada en el diseño,
gestión y producción de proyectos de desarrollo, procesos de producción y procedimientos de
operación y mantenimiento, en áreas de infraestructura, bienes y servicios para la industria y
la comunidad, en diversos ámbitos de la ingeniería,
• cuentan con las competencias necesarias para prever el comportamiento de un diseño o los
resultados de un programa y para evaluar costos y beneficios de las actividades propuestas,
• son capaces de desarrollar las competencias necesarias para una educación permanente y
continua, incluyendo estudios de postgrado.
Es importante mencionar que los criterios, cuyo cumplimiento se exige en el proceso de acreditación,
son los mínimos requeridos para la acreditación de una carrera de grado en Ingeniería y es responsa_
bilidad de la carrera demostrar que efectivamente los cumple. Sin embargo, es recomendable que la
carrera incorpore otros criterios propios que considere adecuados para el logro del perfil del egresado.
1. Definición del profesional
El Ingeniero es un profesional universitario que con el conocimiento de las ciencias matemáticas y
naturales adquiridas mediante el estudio, la experiencia y la práctica, lo emplea con criterio, a fin de
desarrollar condiciones en que se puedan utilizar de manera óptima los materiales y las fuerzas de la
naturaleza en benefi~io de la humanidad, considerando restricciones físicas, económicas, ambientales,
humanas, éticas, políticas, legales, culturales, siendo esencial la actualización profesional permanente.
2. Áreas de conocimiento
2.1. Conocimientos básicos generales
Las capacitaciones técnicas necesarias tienen como base un amplio espectro de conocimientos en
matemáticas, física, ciencia y tecnología. Tales conocimientos básicos son esenciales para un entendL
miento general de los procesos naturales y su utilización en aplicaciones técnicas; en cualquier caso,
sirven también como fundamento para adquirir conocimientos más amplios y profundos en un campo
de aplicación especializado.
La base científica abarca los principios fundamentales relacionados con los conceptos utilizados en la
práctica de la ingeniería y debe facilitar la comprensión de los métodos científicos utilizados para el
análisis y el diseño.
La base tecnológica se centra más en proporcionar una visión general de las distintas tecnologías
disponibles, las funciones que pueden realizar y sus ventajas y limitaciones.
Estos temas deben desarrollarse de forma articulada; es importante insistir en los vínculos que existen
entre las bases científicas y las tecnológicas. Se considera que todos los egresados en ingeniería
necesitan esta base sólida y amplia de ciencia y tecnología.

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y lABORATORIO
1. Perfil del Ingeniero de Automatiza -'
7
2.2. Base de aplicaciones
Para atender las demandas del p esto de trabajo, los egresados en ingeniería necesitan adquirir
también un profundo conocimiento básico de sus campos de especialización, un conocimiento general
e los métodos de resolución de problemas y, finalmente, el conocimiento de aplicaciones particulares
seg' n las demandas del lugar de trabajo para el perfil de ese puesto en particular.
requisitos básicos, en este caso, el conocimiento de las funciones del sistema en el campo en
estión y la comprensión de las posibilidades que brinda la tecnología actual para realizar o implantar
50S funciones con la ayuda de procedimientos.
la creciente complejidad de los aparatos, equipos y sistemas modernos, es cada vez más
rtante ser capaz de ver las cuestiones en su conjunto, pensar en términos de sistemas y
íTI nicarse a nivel de sistemas con todos los que trabajan en un mismo proyecto y con los clientes.
2.3. Complementarias de la Formación
Constituyen la base para la generación de las capacidades y actitudes personales y empresariales
actuales currículos de ingeniería. Es importante que estos se diseñen de forma que contemplen
e [icación y el desarrollo continuos de las capacidades personales y empresariales por medio de
ed:os en equipo, simulaciones comerciales, negociaciones, presentaciones, etc., a lo largo de toda
también prestarse una atención especial a la integración de la enseñanza de estas capacidades y
es personales y empresariales esenciales en áreas temáticas más técnicas. Además, este grupo
terias deben proveer al egresado de las capacidades para comprender su responsabilidad en
ru,::su"lOneslegales, éticas y contractuales relacionados a su trabajo y las habilidades para expresar y
tcarse eficazmente.
3. Atributos
3.2. Asumir su compromiso con la calidad y la preservación del medio ambiente
3.3. ser coherente en su actuar profesional con el entorno respetando la diversidad cultural y
en búsqueda permanentemente del mejoramiento de la calidad de vida del ser humano
3.4. Responsabilidad profesional
. Capacidades
4.2. Habilidades
4.2.1.
4.2.2.
4.2.3.
Habilidad para analizar, representar y separar sistemas
Habilidad para aislar problemas y resolverlos
Habilidad para aplicar conocimientos de Matemáticas, Ciencias e Ingeniería
4.3.2.
4.3.3.
4.3.4.
4.3. Competencias Genéricas del Egresado
4.3.1. Capacidad para el uso de las tecnologías de la información y de las
comunicaciones
Comunicarse de forma eficaz en su idioma natal y en inglés
Capacidad para trabajar en grupos multidisciplinarios
Capacidad para comprender su responsabilidad en cuestiones legales, éticas y

AUTOMATlZACIÓN INDUSTRIAL: TEO
1. Perfil del Ingeniero de Automatizctiñl
RATO RI O 8
4.3.5.
4.3.6.
contractuales relacionados a su trabajo
Capacidad para tomar iniciativa, investigar e innovar
Capacidad para autoaprendizaje y actualización de conocimientos permanente,
. incluyendo estudios de postgrado
4.4.2.
4.4.3.
4.4.4.
4.4. Competencias Específicas del Egresado
4.4.1. Capacidad para diseñar sistemas, componentes o procesos que satisfagan
requerimientos con restricciones reales de tipo económico, ambiental, social,
político, ético, salud y seguridad, de fabricación y sustentable.
Conocimiento de las técnicas y herramientas actuales de la Ingeniería y destreza
suficiente para utilizarlas en la práctica
Capacidad para formular y evaluar proyectos en el área de su formación
Capacidad para identificar, formular y resolver problemas de Ingeniería
relacionado con el área de su formación
5. Requisitos mínimos
Las capacidades técnicas necesarias tienen como base un amplio espectro de conocimientos en
matemáticas, ciencia y tecnología. Tales conocimientos básicos son esenciales para un entendimiento
general de los procesos naturales y su utilización en aplicaciones técnicas; en cualquier caso, sirven
también como fundamento para adquirir conocimientos más amplios y profundos en un campo de
aplicación especializado.
5.1. Conocimientos en ciencias básicas
Estos estudios estarán orientados al énfasis de los conceptos y principios matemáticos más que a los
aspectos operativos. Deberán incluir Física y Química, opcionalmente Biología y otras ciencias natura_
les en niveles y enfoques adecuados y actualizados. Además, en el área de la Matemáticas: Cálculo
Diferencial e Integral y Ecuaciones Diferenciales, Probabilidad y Estadística, Algebra Lineal, Análisis
Numérico y Cálculo Avanzado.
5.2. Conocimientos en ciencias de la ingeniería
Estos temas deben desarrollarse de forma articulada; es importante insistir en los vínculos que existen
entre las bases científicas y las tecnológicas. Se considera que todos los egresados en ingeniería
necesitan esta base sólida y amplia de ciencia y tecnología. Estos estudios abarcarán, entre otros
temas: Mecánica, Calor y Termodinámica, Circuitos Eléctricos y Electrónicos, Ciencias de los Materiales,
Fenómenos de Transporte, Ciencias de la Computación, junto con diversos aspectos relativos a la
disciplina específica. Los principios fundamentales de las distintas disciplinas deben ser tratados con la
profundidad conveniente para su clara identificación y aplicación en las soluciones de problemas bási_
cos de la Ingeniería.
5.3. Base de aplicaciones de ingeniería
Deben ser incluidos los elementos fundamentales del diseño de la Ingeniería, abarcando aspectos tales
como: formulación y evaluación de proyectos, modelado y simulación de sistemas por medio del desa_
rrollo de la creatividad, empleo de problemas abiertos, metodologías de diseño, factibilidad, análisis de
alternativas, factores económicos y de seguridad, estética e impacto social.
5.4. Complementarias de la formación
Estos estudios se referirán a una formación complementaria basada en materias como Seguridad en el
Trabajo, Gestión de la Calidad, Economía, Admini5trcdón, Finanzas, Organización industrial, Ciencias
Ambientales, Legislación Laboral, entre otros.

I UTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO
erfil del Ingeniero de Automatizadán
9
irectrices de formación práctica
- c::csta con aprender cuestiones técnicas o de otra Índole y aprobar los exámenes; las técnicas
-~ que utiHzarse en situaciones reales. Es muy importante insistir en las conexiones que existen
__ :::: rrerentes aspectos, fomentar una concepción amplia de los sistemas e ilustrar las limitaciones
~/ tecnológicas y humanas de la resolución de problemas en el mundo real.
Aplicación del conocimiento
_ 2;x:ddades deben adquirirse a lo largo del proceso enseñanza-aprendizaje.
::í=: ::c::e ' ropender en el currículum instancias para la aplicación del conocimiento, sea dentro de las
"= C"' 05 o de actividades destinadas específicamente a ese fin.
:=: Pasantías supervisadas
a conocer mejor los problemas del ámbito laboral, se exige que los estudiantes realicen
barales. Eso no sólo les dará experiencia en la resolución de problemas reales, sino que
ayudará a determinar con mayor claridad el tipo de trabajo que les gustaría encontrar
- _-3::'2 su graduación. Por otra parte, puede ofrecerles la oportunidad de establecer contactos y
beneficio mutuo.
yecto de fin de carrera
I importancia para adquirir las capacidades básicas, la cual debe implicar la búsqueda,
5i;";"Bis' de información que tiene por objetivo el diseño de una propuesta de solución a
-=e-:;-:::: 02 es o teóricos, referente a sistemas, componentes o procesos cuyo resultado sea un
azonado sobre el tema en cuestión. El informe técnico debe tener una instancia de
-- :=---:2 jurado designado para el efecto.
Problemas en Ingeniería
- f a general, se puede afirmar que un ingeniero es un solucionador de
onces se presenta una definición de problema:
o' Problema
un sentido amplio, es una discrepancia entre una situación observada y una situación
:::.=;=::c.. - - ~emplo, en el caso particular del proceso de fabricación de un producto químico:
vada: Están identificadas algunas variables que reducen el nivel de acidez del producto
:e::: - se ha determinado cuáles son las variables de mayor incidencia ni cómo se puede elevar
=s::: c::a res deseados.
-- :eseada: Definir una metodología de estudio que implique análisis y síntesis para evaluar
factores que inciden en el nivel de acidez del producto, luego de lo cual, se efectúan los
urante el proceso de fabricación del producto, para que, finalmente, cumpla con las
=.s::e:cr:c-c'iones de acidez.
ema proviene del deseo de lograr la transformación de un estado de cosas en
l es muy diferente a un ejercicio. En los ejercicios se puede decidir rápidamente si
-= 52: e o no resolver; se trata de aplicar un algoritmo y el ejercicio se resuelve.

AUTO MATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO
1. Perfil del Ingeniero de Automatizacián
10
En los problemas no es evidente el camino a seguir. Hay que recurrir a conocimientos
dispersos que involucran todas las cualidades anotadas anteriormente, hay que rela_
cionar saberes procedentes de campos diferentes, de aquí la importancia del trabajo
multidisciplinario.
Por tanto, un problema es una cuestión a la que no es posible contestar por aplica_
ción directa de ningún resultado conocido con anterioridad, sino que para resolverlo
es necesario poner en juego conocimientos diversos y buscar relaciones nuevas entre
ellos.
Para resolver problemas no existen fórmulas mágicas, no hay un conjunto de procedL
mientos o métodos que aplicándolos, lleven necesariamente a su resolución; pero
esto no significa que la única manera de resolver un problema sea por «ideas lumL
nosas».
Es evidente que hay personas que tienen más capacidad para resolver problemas que
otras con igual formación. Son estas personas las que suelen aplicar (de una manera
inconsciente) toda una serie de métodos y mecanismos que suelen resultar indicados
para abordar los problemas. Son los procesos que se conocen como «heurísticos»,
abstracciones mentales útiles para resolver problemas.
Para la resolución del problema se proponen cuatro etapas:
1. Comprender el problema. Es la tarea más difícil, pero vital. Para ello:
* Sedebe leer el enunciado despacio.
* Identificar los datos (lo que se conoce)
* Identificar las incógnitas (lo que se busca)
* Tratar de relacionar los datos con las incógnitas.
* Si es posible, hacer un esquema o diagrama de la situación.
2. Trazar un plan para resolverlo. Hay que plantearlo de una manera flexible y recur_
siva alejada del mecanicismo. Se plantean algunas interrogantes:
* ¿Elproblema es semejante a otros ya resueltos o conocidos?
* ¿Sepuede plantear el problema de otra forma?
* Imaginar un problema parecido pero más sencillo
* Si el problema ya está resuelto, ¿cómose relaciona la situación de llegada con la de partida?
* ¿Seutilizan todos los datos cuando se hace el plan?
3. Poner en práctica el plan. Se debe hacer de una manera flexible, recursiva y aleja_
da del mecanicismo. Tener en cuenta que el pensamiento no es lineal, que hay saltos
entre el diseño del plan y su puesta en la práctica. Así que:
* Al ejecutar el plan se debe comprobar cada uno de los pasos.
* Verificar cada paso.
* Antes de hacer algo, pensar: ¿qué se consigue con esto?
* Se debe sustentar cada paso realizado con una explicación detallando lo que se hace y para qué
se hace.
* Cuandose tropieza con alguna dificultad, se debe volver al principio, reordenar las ideas y probar
de nuevo.

11
4. Comprobar los resultados. Es la confrontación del resultado obtenido por el modelo
propuesto para la resolución del problema y su contraste con la realidad que se
quería resolver.
* Leer de nuevo el enunciado y comprobar que lo que se pedía es lo que se ha obtenido.
* La solución obtenida: ¿es lógicamente posible?
* ¿Hay algún otro modo de resolver el problema? (Hay otra posible solución?
* Se debe acompañar la solución de una explicación que indique claramente lo que se ha hallado.
* Los resultados obtenidos y el proceso seguido se utilizan para plantear nuevos problemas.
Se presenta a continuación una lista de técnicas heurísticas de uso frecuente, que se agrupan en tres
fases:
Análisis.
1. Trazar un diagrama.
2. Examinar casos particulares.
3. Probar a simplificar el problema.
Exploración.
1. Examinar problemas esencialmente equivalentes.
2. Examinar problemas ligeramente modificados.
3. Examinar problemas ampliamente modificados.
Comprobación de la solución obtenida.
1. Verifica la solución los criterios específicos siguientes:
a) ¿Utiliza todos los datos pertinentes?
b) ¿Está acorde con predicciones o estimaciones razonables?
c) ¿Resiste a ensayos de simetría, análisis dimensional o cambio de escala?
2. Verifica la solución los criterios generales siguientes:
a) ¿Es posible obtener la misma sofución por otro método?
b) ¿Puede quedar concretada en casos particulares?
c) ¿Es posible reducirla a resultados conocidos?
d) ¿Es posible utilizarla para generar algo ya conocido?
Finalmente, se hace una recopilación de las estrategias más frecuentes que se suelen
utilizar en la resolución de problemas:
Ensayo-error.
Empezar por lo fácil, resolver un problema semejante más sencillo.
Manipular y experimentar manualmente.
Descomponer el problema en pequeños problemas (simplificar).
Experimentar y extraer pautas (inducir).
Resolver problemas análogos (analogía).
Seguir un método (organización).
Hacer esquemas, tablas, dibujos (representación).
Utilizar un método de expresión adecuado: verbal, algebraico, gráfico, numérico.
Sacar partido de la simetría.
Deducir y sacar conclusiones.
Conjeturar.
Analizar los casos límite.
Reformular el problema.
Suponer que no (reducdó al absurdo).
Empezar por el final (dar roblema por resuelto).

1. Perfil del Ingeniero de Automatizacié
12
1.6. Conclusiones
enta detalladamente.
nscurren entre el reconocimiento del
'onal, económica y satisfactoria.
Como síntesis del capítulo, se tiene:
./ Un ingeniero es un solucionador de problemas. Los conocimientos que ha adquirido, por su
preparación y experiencia son una fuente importante; pero también tiene que emplear su ingenio. Al
evaluar las diversas posibilidades debe confiar en su juicio o criterio personal: el juicio o criterio
personal que se adquiere con la experiencia, es un exigente aspecto del trabajo diario del ingeniero .
./ En casi todo proyecto de ingeniería hay un aire de urgencia; se fijan fechas límites para obtener
una solución, periodos de tiempo limitados para desarrollar los proyectos y se urgen soluciones
prontas .
./ El grado en que intervienen consideraciones económicas en los trabajos de ingeniería no es exage_
rado: una empresa privada no inicia una aventura que no tenga una prometedora posibilidad de rendir
beneficio económico a la inversión.
Aun cuando una solución lograda por el ingeniero pueda desempeñar admirablemente la función
propuesta, tal solución se desechará si no produce una ganancia neta a la empresa o a la sociedad. En
consecuencia, el ingeniero debe tener presente en sus desarrollos y diseños los costos: el costo al
desarrollar y el costo al realizar y utilizar su solución .
./ A un ingeniero debe interesarle la productividad de sus creaciones, desde el punto de vista técnico
(¿puede hacerse realmente?), de aplicación (¿es útil?) y económico (¿podrá realizarse a un costo
admisible?) .
./ En la mayor parte de los problemas de ingeniería hay objetivos o metas conflictivas, el ingeniero
tendrá que hallar el mejor balance entre los criterios en conflicto .
./ La comunicación o contacto con la gente requiere la mayor cantidad de tiempo de trabajo de un
ingeniero; consecuentemente, la incapacidad de mantener relaciones personales satisfactorias puede
llegar a ser un severo obstáculo para su éxito; el ingeniero está fuertemente comprometido con las
necesidades sociales, así como con la aceptación y efectos de sus obras .
./ Un ingeniero suele realizar la mayor parte de la resolución de problemas con trabajo abstracto:
examinando hechos y observaciones, calculando, modelando, pensando y comunicando ideas; los
técnicos son usualmente los encargados de construir los prototipos o creaciones del ingeniero.
Sintetizando: La ingeniería es la aplicación de ciertos conocimientos, habilidades y
actitudes principalmente en la creación de obras y dispositivos físicos que satisfagan
necesidades y deseos de la sociedad.
Para la solución de un problema en ingeniería se propone el siguiente proceso:
• Formulación del problema: el problema de que se trate se define en forma amplia y sin detalles.
• Análisis del problema: en esta etapa se define con todo detalle.
• Búsqueda de soluciones: las soluciones alternativas se reúnen mediante indagación, investiga_
ción, invención.
• Decisión: todas las alternativas se evalúan, verificando que cumplen con las restricciones del
problema; se escoge la solución óptima.
• Especificaciones: la solución elegida se expone y
El proceso de diseño abarca las actividades y eve
problema y la especificación de una solución del mis
y
'f

AUTO MATIZACIÓN INDUSTRIAL: TE
1. Perfil del Ingeniero de Auto ~"- - _.
RATORIO 13
El trabajo de un ingeniero no ~E I - - el especificar la solución; su responsabilidad se extiende hasta la
obtención de la aceptación de s , la vigilancia de su instalación o construcción y su uso inicial,
la observación y evaluación del rante su funcionamiento y la decisión (o la ayuda para tal
decisión) de cuando sea aconseja uevo diseño. Estas funciones constituyen el ciclo de diseño.
Ejercicio 1.1
1. Extraer del capítulo 10 palabras claves; escribirlas y enunciar su significado.
2. Como aplicación del capítulo, invente algún problema de ingeniería electrónica y aplique alguna
metodología para llegar a la solución. Explique con detalle cada uno de los pasos desarrollados.
3. De acuerdo a su experiencia académica, qué asignaturas suprimiría y qué asignaturas se pueden
incluir en el programa de la carrera.
4. ¿Cuál es la diferencia entre científico e ingeniero?
5. Si tiene la posibilidad de impartir una cátedra y de acuerdo a su experiencia como estudiante, qué
no haría que haya hecho algunos de sus profesores?
6. Como ingeniero electrónico, ¿en qué campo le gustaría desempeñarse, qué tema de investigación
se puede emprender en ese campo y qué tipo de beneficio esperaría si se desarrollará esa investiga_
ción?
7. ¿Qué opina de los ingenieros que dedican su talento a desarrollar armas utilizadas bélicamente?
8. Para la ingeniería, ¿qué beneficios pueden traer los procesos de globalización y tratados (por
ejemplo el TLC) de Colombia con otros países? ¿Qué dificultades pueden surgir?
9. ¿Cómo es la relación entre ética e ingeniería?
10. Desde el punto de vista del ingeniero, ¿cómo se puede disminuir o cerrar la brecha tecnológica
entre los países desarrollados y un país como Colombia?
110 Qué opina de los siguientes comentarios expresados, en general, por los empresarios: «Los
ingenieros en nuestro medio no saben definir problemas, dificultad para trabajar en equipo, hablar en
público y realizar informes, valoración del tiempo y dinero (cronograma Y presupuestos), 000»
12. ¿Qué papel puede desempeñar un ingeniero electrónico en campos como la agricultura, agrono_
mía, veterinaria y otros, en nuestro País?
13. Suponer que es contratado para desarrollar la a
de fabricación actual es el 80% manual y se quie e a
¿Qué estrategias y recomendaciones sugiere a los ir
cesante?
omatización de una planta, en donde el proceso
atizar para que sólo quede un 10% manual.
e la fábrica en cuanto a la mano de obra
14. Suponga que tiene la opción laboral de ejerce _ c_ i istrativo, estando recién egresado
¿considera que los conocimientos adquiridos en la -!o, _o::::::: so suficientes para enfrentar este
reto? ¿Qué otras características o cualidades debe te ~-
15. Considera que el idioma es una barrera para el
puede ser este aspecto laboralmente?
-- J::::. ~ _ i eniero. ¿Qué tan importante

14
16. El siguiente es un artículo titulado: «La ingeniería del siglo XXI se enfrenta a 14 desafíos
importantes» y es tomado de la siguiente dirección electrónica: http://www.tendencias21.net/La-
ingenieria-del-siglo-XXI -se-enfrenta-a-14-desafios-principales a2082. html.
Los retos mencionados allí son:
- Conseguir que la energía solar sea accesible
- Suministrar energía a partir de la fusión
- Desarrollar métodos de secuestración del carbono
- Gestionar el ciclo del nitrógeno
- Suministrar acceso al agua potable
- Restaurar y mejorar las infraestructuras urbanas
- Avanzar en la informática para la sanidad
- Diseñar mejores medicamentos
- Hacer ingeniería inversa del cerebro
- Prevenir el terror nuclear
- Proteger el ciberespacio
- Enriquecer la realidad virtual
- Avanzar en el aprendizaje personalizado
- Diseñar herramientas para el descubrimiento científico
Para cada uno de los retos mencionados, ¿cómo puede contribuir el ingeniero electrónico?
17. Las siguientes son actividades en las que se puede dedicar el ingeniero. Es tomada del artículo
titulado: «Actuación de los Ingenieros en su actividad cotidiana», en la siguiente dirección:
http://www.aprendizaje.com.mx/Curso/lntroduccion/tema8ii.htm .
• Diseño
• Construcción
• Conservación y mantenimiento
• Supervisión
• Planeación, evaluación, asesoría o consultoría
• Investigación
• Comercio o ventas
• Enseñanza
• Administración
¿Con cuál de las actividades mencionadas se identifica?
18. Escribir un ensayo de uno de los siguientes temas:
• La violencia en Colombia.
• La contaminación del río Bogotá.
• La inseguridad en nuestras ciudades.
• Alto nivel de desempleo.
• La educación primaria en Bogotá.
• Papel del ingeniero en zonas sociales deprimidas.
• Situación de recesión económica.
• La corrupción política.
• Motivar la modernización de industrias pequeñas.
• Cómo relacionar la Universidad-Industria.
• Posición del ingeniero en el tema ambiental, en sus proyectos a empresas que contaminan.
• Existe peligro con la automatización?
• Otro tema ...
Mostrar la participación, incidencia y rol a favor o en contra que el ingeniero electrónico puede tener.
Fin ejercicio 1

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEO
y lABORATORIO 15
2.
2.1. Introducción
Automatización
Industrial
Las técnicas y sistemas de producción han ido cambiando al transcurrir los
años¡ desde los primitivos hasta los más sofisticados.
La fábrica actual se ve enfrentada a una serie de situaciones diversas de las que debe
emerger con el objeto de sobrevivir. Algunas de estas situaciones son:
• Mercados. una competencia cada vez más intensa motivada por la supervivencia, los intereses de
grUpo y las grandes fusiones entre empresas, una demanda de bienes y servicios más personalizada,
que exige productos hechos a medida y con una calidad más alta.
• Productos. siendo los productos el ser de las fábricas, se están desarrollando una gran variedad de
modelos con características de mayor precisión y mejor calidad, una más rápida obsolescencia de los
mismos (por ejemplo los equipos informáticos y electrónicos). Se incluyen los servicios a cliente (que
constituyen un área de gran desarrollo a nivel mundial).
• Materiales. la gran diversidad de materiales ya evolucionados, unos, y otros, que se encuentran en
desarrollo, constituyen una hiperoferta de materiales cada vez mejor adaptados a nuevos usos o que
reemplazan a materiales tradicionales.
• Tecnología: La oferta de nuevos materiales y la vida útil de los productos de consumo obligará a
tener tecnología de mayor flexibilidad, con mayor velocidad de respuesta a las necesidades de los
clientes y a operar en series cortas de producción, actualizando al mismo tiempo y en forma perma_
nente los conocimientos y capacitación de la fuerza laboral y, por último, experimentando nuevas
tecnologías.

16
• Recursos. La fábrica se enfrentará a aumentos en los costos de los materiales, en los recursos
humanos, en los financieros y en la transferencia de tecnología, razón por la cual se deberá analizar
detenidamente la participación más conveniente de los recursos propios.
La automatizacíón de los procesos industriales constituye una alternativa de las indus_
trias, en su incesante búsqueda de la competitividad, en un ambiente cambiante y
agresivo.
Este capítulo inicia el estudio de la automatización industrialy se extenderá a todo el
libro, como objetivo principal.
2.2. Evolución Histórica
Se cree que cuando el hombre primitivo usó el fuego, lo utilizó para prepa_
rar sus alimentos, como medio de defensa y de poder. Tuvo que pasar mucho tiem_
po, hasta la edad de bronce, en donde el fuego lo utilizó en la obtención de metales y
cerámicas, considerando estos, los primeros procesos de fabricación de la historia.
Pero el fuego no ha sido la única fuente de energía de la antigüedad. Hacia el año
2000 a de JC, se utilizó la energía eólica para mover embarcaciones dotadas de velas
y hacia el 1000 a de JC, los Fenicios atravesaban el Mediterráneo con sus navíos
impulsados por el viento.
Más tarde, en el 50 a de JC, los Romanos empiezan a utilizar la energía hidráulica
para la extracción de agua por medio de la noria.
Durante la edad media, se utilizó en Europa la energía generada por los molinos de
viento.
La invención de la máquina de vapor por James Watt hacia 1750 es el acontecimiento que
marca el inicio de la revolución industrial. Como se observa en la Figura 2.1, la máqui_
na estaba provista de dos automatismos: el distribuidor de vapor y el regulador de
bolas, que mantenía constante la velocidad del árbol de salida, a pesar de las varia_
ciones de la carga; este mecanismo presenta control.
Las tecnologías productivas nacen en ese momento: la máquina de vapor se emplea
rápidamente para mover las bombas de extracción de agua en las minas de carbón
de Gales y en la automatización de los telares de Manchester.
Durante este periodo, con las máquinas de vapor y luego con las de combustión
interna y los motores eléctricos, se van produciendo cambios progresivos en los
procesos de producción.
Las máquinas herramienta ganan potencia y precisfón lo que a su vez permite fabricar
productos de mayor calidad. Surgen así los primeros talleres mecánicos que producen
máquinas, algunas de las cuales llevan ya rudimentarios sistemas de control.

AUTOMATIZACIÓN INDU~ -:=:a::J
2. Automatización Indust:Ii!:
COME 13.E--.
MOTOR
17
Figura 2.1. R-.,,<;;ulaI:>{){ de Doble Efecto de la Máquina de Vapor
Hasta los primeros años de la década de 1950, la mayor parte de las operaciones de
manufactura era efectuada con maquinaria tradicional como tornos, fresadoras y
prensas, que carecía de flexibilidad y necesitaban de mucha mano de obra capacitada.
Cada vez que se fabricaba un producto diferente había que cambiar las herramientas.
El desarrollo de nuevos productos y piezas con formas complicadas, requirió muchas
pruebas por parte del operario para establecer los parámetros de procesamiento
adecuados en la máquina. Además, por la intervención humana, era difícil obtener
piezas que fueran iguales y sus tiempos de fabricación eran muy grandes.
Estas circunstancias indicaban que los métodos de procesamiento eran ineficientes y
los costos de mano de obra, eran una parte importante de los costos generales de
producción. Se hizo imperiosa la necesidad de reducir el efecto del costo de mano de
obra en el costo del producto, así como la necesidad de mejorar la eficiencia y la
flexibilidad de las operaciones de manufactura, requisitos impuestos por la alta
competitividad.
Otro aspecto que entró a ser muy importante en la manufactura, es la productividad. La
productividad se define como el uso óptimo de todos los recursos (materiales, energía, capital,
mano de obra y tecnología), básicamente mide la eficiencia de la operación.
La mecanización hace que un proceso funcione usando diversos dispositivos mecánicos,
hidráulicos, neumáticos o eléctricos, así que para aumentar la productividad se meca_
nizó la maquinaria. Sin embargo, en los sistemas mecanizados el operador sigue
controlando en forma directa el proceso y debe revisar cada paso del funcionamiento
de la máquina; por ejemplo: si se rompe una herramienta durante el maquinado, si
las piezas se sobrecalientan durante el tratamiento térmico, si se deteriora el acabado

18
superficial durante el rectificado, etc., el operario debe intervenir y cambiar o ajustar
uno o más parámetros en el proceso.
El siguiente paso en la mejora de la eficiencia en las operaciones de manufactura fue
la automatización (del griego automatos¡ que actÚa sólo). Esta palabra se utilizó a mediados
de 1940 en la industria automotriz estadounidense, para indicar el manejo y procesa_
miento automático de las piezas en las máquinas de producción.
Con el rápido progreso de la ciencia y la tecnología en la manufactura a lo largo del
siglo XX, especialmente en la capacidad y sofisticación de las computadoras y los
sistemas de control, comenzó a mejorar la eficiencia de las operaciones de manufactura,
incrementando la productividad y reduciendo el· porcentaje que representan los cos_
tos de mano de obra en el costo total.
El gran avánce de la automatización se comenzó con el control numérico (CN) de las
máquinas-herramientas a principios de 1950. A partir de ese momento histórico en la
industria, se ha avanzado muy rápidamente; como se mencionó, el desarrollo de las
computadoras y su introducción en la automatización, impulsó tecnologías como el
control numérico computarizado (CNC), control adaptativo (CA), controladores lógicos
(PLC) sistemas de manufactura integradas por computadora, que incluyen el diseño,
la ingeniería y la manufactura asistida por computadora (CAD¡ CAE¡ CIM¡ CAM).
2.3. Automatización
'-.
Una definición de automatización es: el proceso de hacer que las máquinas sigan
un orden predeterminado de operaciones con poca o ninguna mano de obra, usando equipos y
dispositivos especia/izados que ejecutan y controlan los procesos de manufactura. ;;.-
La automatización, de manera global, involucra diversos dispositivos, sensores, actua_
dores, técnicas y equipos capaces de observar y controlar todo el proceso de manu_
factura, de tomar decisiones acerca de los cambios que deben hacerse en la opera_
ción y de controlar todos los aspectos de ésta.
En las plantas manufactureras, la automatización se ha implementado en las siguien_
tes fases del proceso de fabricación:
• Proceso de manufactura: se han automatizado operaciones de maquinado¡ forjado¡ extrusión.
• Manejo de materiales. se automatiza el traslado y transporte de las piezas por la planta.
• Inspección: Las piezas son inspeccionadas automática mente para comprobar su calidad¡ precisión
dimensional y acabado superficial¡ bien durante el proceso de fabricación (inspección en proceso) o
después de terminada (inspección pos-proceso).
• Ensamble: Las piezas individuales se arman o ensamblan en forma automática para formar sub-
ensambles y¡ por último¡ productos.
• Empaque: Los productos se empacan en forma automática.

AUTO MATIZACIÓN INDUST
TORlO 19
Algunas teorías, tecnolog'cé. - =.:::5 -=r-._
los procesos produdiv s
Teorías:
~icas cuyo avance ha favorecido la evolución de
ción son:
Teoría de control y de siste .es, -=- -,2.:::C ;:¡ señal, sistema de eventos discretos, máquina de estados,
Redes de Petri, Grafcet, ea "
Tecnologías:
Neumática, hidráulica, elea:ro,r¡,lCalliTi.;a{)j)f(>cesadores, equipos de cómputo, controladores programa_
bles, robótica, comunicacio esl e software.
Áreas tecnológicas:
Automatización de las máquinas erra ientas, control de procesos por computador, diseño asistido
por computador (CAD: Computer - 'ed Desígn), fabricación asistida por computador (CAM: Computer
Assisted Manufacturíng), fabricación integral por computador (CIM: Computer Integrated Manufac
turíng), control de procesos distribuido, control numérico (Numeríc Contro~, células flexibles de fabrica
ción (FMC: Flexible Manufacturíng ce/~y de montaje.
2.4. Objetivos de la Automatización
La automatización constituye uno de los objetivos de la industria moderna
permitiéndoles permanecer activas en ese ambiente de alta competitividad.
Automatizar un proceso es conseguir que utilizando técnicas de control, funcione sin
intervención humana.
El alto grado de avance de la tecnología de las computadoras y la informática ha
permitido la creación de nuevos conceptos y metodologías para la realización de los
procesos de manufactura; la característica de esta nueva revolución tecnológica, es la
posibilidad de la completa automatización de los equipos y maquinaria en la industria,
así como la integración de sus operaciones. El concepto de integración de todas las
operaciones que se realizan en los procesos de fabricación es lo que se conoce moder
namente como Ingeniería recurrente.
Varios objetivos se buscan con la introducción de la automatización en la industria,
entre ellos se destacan:
• Integrar diversos aspectos de las operaciones de manufactura para mejorar la calidad y uniformidad
del producto, minimizar los tiempos de ciclo y esfuerzos y, con ello, reducir los costos de mano de
obra.
• Mejorar la productividad, reduciendo los costos de manufactura a través del mejor control de la
producción. Las piezas se cargan, alimentan y descargan de las máquinas con más eficiencia; el uso de
la maquinaria y la producción se organiza más eficientemente.
• Mejorar la calidad de los productos finales empleando procesos más repetibles.
• Reducir la intervención humana, minimizando el error humano.

20
• Reducir daños en las piezas causados por el manejo manual de las partes.
• Aumentar el nivel de seguridad para el personal¡ en especial bajo condiciones de trabajos pesados.
Se libera al humano de tareas tediosas¡ rutinarias y peligrosas.
• Economizar espacio, optimizando el desplazamiento y almacenaje de los productos.
• Reducción de costos, incremento de utilidades.
• Reducción de las pérdidas en el proceso de fabricación.
• Producción del mismo producto con iguales especificaciones.
• Organizar el proceso para satisfacer la demanda.
• Reducción en los consumos y gastos de energía.
• ConselVación del medio ambiente¡ siendo condición de alta prioridad debido a la alta contaminación
a que está expuesta la tierra. .-
Estos objetivos se han ido cumpliendo debido a la alta competitividad, como ya se
anotó, y a la internacionalización de los mercados, lo que ha jalonado el desarrollo de
la microelectrónica (y nanotecnología), la instrumentación, la aparición e introducción en
los procesos de producción de los microprocesadores y las computadoras, sin dejar
atrás el rápido y creciente desarrollo en las redes de comunicaciones industriales.
,ij'
2.5. Tipos de Plantas de Producción
La fabricación es un proceso de transformación mediante el cual el material
en bruto, el trabajo, la energía y el equipamiento se reúnen para producir productos
de alta calidad.
Obviamente el producto terminado debe tener un valor económico mayor que el de
los componentes utilizados y debe ser vendible en un entorno competitivo. El proceso
de transformación generalmente conlleva una sucesión de pasos llamados operaciones
de producción. Cada operación de producción es un proceso de cambio de entradas en
salidas mediante la captación de un valor añadido.
Entre las operaciones que no añaden valor se incluyen aquellas operaciones que no
dan ganancias tales como: transporte, almacenamiento, inspección. Es necesario
minimizar esas operaciones que no añaden valor, pero sin suprimirlas.
La fabricación es un término muy amplio e incluye muchos tipos de productos y
operaciones de producción claramente diferentes. Sin embargo, es posible reconocer
fundamentalmente cuatro configuraciones, teniendo en cuenta el número de produc_
tos y volumen de producción:
1. Job shops
2. Producción por lotes
3. Línea de producción
4. Proceso de flujo continuo

AUTOMATIZACIÓN INDUSTR:..
RIO 21
1. JOB SHOPS. El trabaj cteriza por volúmenes bajos de producción con una
amplia gama de product strias mecánicas de ingeniería. Este tipo de fabrica_
ción se utiliza generalm I os de cliente en el que existe una gran variedad de
trabajo en la planta; est rabajo muy general y flexible y personal altamente
capacitado para enfrenta =::"-:=iCCC es. Los tiempos de producción y costos son eleva_
dos. Ejemplos de este - strucción de naves espaciales, proyectiles, máquinas-
herramientas especiales - '" - - --:: ~ ';Jos de futuros productos.
2. Producción por lotes: = es:=: -=-~-::> se esarrolla la fabricación de un artículo o producto por
lotes (batch); los lotes se =-=-::-::c - _ ;;> sola vez o deben producirse a intervalos regulares. Los
tamaños de los lotes y s ~ -ón se fijan con las políticas de control de inventario
adoptadas en marketing; e, ~~~~ anda se ordenará la producción de otro lote o de otro
producto. La maquinaria y estar preparados para efectuar con rapidez las operacio_
nes de cambio de lote.
• - general, pero a diferencia de los job shops, el equipo es
ás altos. Ejemplos de estas plantas están los talleres de
eado plástico, talleres de trabajo con prensas, cortadoras,
estas fábricas están los muebles, libros, electrodomésticos,
El equipo utilizado tambié
diseñado para promedios
mecanizado, fundiciones, fá -
dobladoras. Productos elabo a
calzado, etc.
3. Línea de producción: Estos p ClC"c50S son el resultado de la evolución de la producción en cadena
ideada por Henry Ford. Se utiliza para producir grandes series de unos pocos productos que suelen
estar formados mediante montaje de piezas.
El producto se desplaza colocado sobre bandas transportadoras, en carros o en otros medios de
transporte y va pasando por distintas estaciones de trabajo, en cada una de las cuales se le aplica un
determinado proceso.
Si una planta utiliza varias líneas de producción, los productos pueden pasar de una línea a otra
existiendo muchas configuraciones posibles así como diferentes métodos y mecanismos de transferen_
cia. Se suelen utilizar zonas o recipientes semejantes a pequeños almacenes, para el almacenamiento
intermedio de productos semielaborados y alimentadores de piezas para los procesos.
Básicamente hay dos tipos de líneas: línea de proceso y línea de montaje.
En la línea de proceso un producto o materia prima va pasando por distintos procesos que lo van
transformado hasta llegar al producto final; un ejemplo se tiene en el mecanizado de piezas.
Las líneas de montaje se utilizan para fabricar productos formados por conjuntos de piezas montadas.
Ejemplo la fabricación de automóviles, neumáticos, bombillas, envases de plástico, etc.
Este tipo de factoría se diseña para fabricar altos volúmenes de unos pocos productos, así que si se
quiere fabricar un producto nuevo, se tienen que hacer cambios muy drásticos en sus instalaciones. (
4. Proceso de flujo continuo: en estos se desarrolla una producción dedicada continua de grandes
cantidades de producto. Los tipos de producto son pocos, compuestos de pocas piezas y los
volúmenes de producción son muy altos. El proceso de fabricación mantiene un flujo continuo de
materiales en bruto mediante una serie de operaciones secuencia les; estas operaciones transforman la
materia prima en el producto final. Ejemplos típicos de plantas con procesos continuos están las
'plantas químicas, refinerías de petróleo, plásticos, industrias textiles, etc.
Aunque la continuidad como tal no es común, se utiliza más frecuentemente un siste_
ma de tipo pipeline, donde cada sección de la planta procesa una parte del producto y
luego se pasa a otra sección, y así sucesivamente hasta completar el producto final.

22
Para aumentar el rendimiento, se utilizan técnicas de control realimentados en cada
sección.
La disponibilidad de sensores inteligentes, de tecnología basada en la computadora y
un control y supervisión computarizada, ha podido desarrollar fábricas de este tipo
totalmente automatizadas, que funcionan prácticamente sin intervención humana.
VARIEDAD
DE PRODUCCiÓN
PRODUCTOS JOB SHOPS
LÍNEA DE
PRODUCCIÓN ;--_----..
I PROCESO
DE FLUJO
CONTINUO
Figura 2.2. Gráfica que ilustra la Relación entre Variedad
de Productos Contra Volumen Manufacturado
VOLUMEN
DE _
PRODUCCION
La figura 2.2 presenta la relación entre la variedad de productos fabricados contra el
volumen producido; como se observa, los talleres job shops son las configuraciones de
fábrica en donde la variedad de productos es grande pero con volumen bajo, mien_
tras que la configuración de producción en masa o de flujo continuo es la de mayor
volumen de productos manufacturados, pero la variedad es pequeña.
Las denominadas celdas de fabricación flexible (FMC: Flexible Manufacturing Ce/~, .se ubL
can en las fábricas dispuestas para la producción por lotes y de líneas de producción,
es decir, este tipo de fabricación automatizada resulta más adecuada en estos tipos
de factorías. En los job shops, a pesar de poseer maquinaria altamente sofjsticada,
cabe también, hasta cierto punto, el trabajo artesanal especializado; esto hace que
los productos realizados allí, sean de costos muy altos.
2.6. Disposición de los Procesos en la Planta
Se refiere al tipo de reordenamiento de los dispositivos fíSicos e instalacio_ 0'--
nes de producción en la planta. Se consideran cuatro tipos de disposición en planta
asociada con los sistemas tradicionales de producción:
1. Disposición de posición fija
2. Disposición de proceso
3. Disposición de flujo de producto
4. disposición por tecnología de grupo

AUTO MATIZACIÓN INDU 1
2. Automatización IndustJic
ORlO 23
- .• n del producto dentro de la planta. A causa de su
In sitio fijo y el equipo necesario para su construcción
'e disposición son la construcción de buques, en la
e esta disposición es la construcción de edificios, en
se debe desplazar al sitio de construcción.
1. Disposición de posi
El concepto de posición . -.::. =s-=.::: = -
tamaño y peso el producto _<:LE
se lleva a ese punto. Ej<>T~
industria aeronaval y aerDe5':: -
donde el producto es muy.; c--i: . e -~ -
2. Disposición de proces
En esta configuración las á~_- 7" ==_
ral de proceso de manufa
taladradoras están en otra sa::OC:l,
_ .• n se ordenan en grupos de acuerdo con el tipo gene_
, 105 tornos están en un departamento, las máquinas
e inyección está en otra, etc.
logra alta flexibilidad, puesto que piezas con distintos
¿5a12'n~ departamentos. Es muy común en los talleres de trabajo
- :es.
3. Disposición de fl ujo de prod do
Es adecuada para la fabricación de un 5010 producto en cual viaja a través de distintos procesos
transformándose en forma secuencial hasta llegar al producto final, así que las instalaciones de
procesamiento y montaje se sitúan a lo largo de la línea de flujo del producto. El trabajo en curso se
traslada mediante bandas transportadoras de una estación a otra. Esta disposición es inflexible y única
mente se modifica cuando las cantidades de un producto nuevo justifican las inversiones necesarias.
4. Disposición por tecnología de producto
Esta disposición combina la eficacia de la disposición de flujo con la flexibilidad de la disposición de
proceso; trata de identificar y agrupar familias de piezas con determinada similitud en el diseño y
fabricación así que la disposición de la fábrica, en cuando a la maquinaria, permite disponerla en
células que facilitan el flujo de trabajo; esta disposición también facilita la clasificación y codificación
de las piezas.
2.7. Jerarquía en la Automatizacián Industrial
Desde siempre el ser humano ha intentado hacer su vida más fácil y cómo_
da. Para ello, a lo largo de la historia, ha construido infinidad de aparatos capaces de
facilitar las tareas rutinarias, o realizar trabajos que nunca antes había conseguido
debido a las limitaciones existentes. Este fenómeno es lo que se puede llamar «evolu_
ción tecnológica» y que en los últimos siglos ha sido espectacular.
En la sección 2.3 se presentó una definición de automatización; complementándola, se
puede definir la automatización como: el conjunto de técnicas basadas en sistemas capaces de
recibir información del medio sobre el que actúan y se realizan acciones de análisis,. organización y
control con el fin de optimizar recursos productivos: mecánicos,. materiales y humanos.
Hasta el siglo XIX, el avance tecnológico fue resultado de la revolución industrial, en la
que los sistemas mecánicos eran piezas claves para la industria y el desarrollo de los

24
procesos industriales. Pero es en el siglo xx, cuando los sistemas de automatización
surgen con fuerza, la creación de dispositivos electromagnético (por ejemplo el relé,
contactar, etc.) en la primera mitad del siglo y de los sistemas electrónicos de estado
sólido en la segunda mitad del siglo, hace que los objetivos iniciales de la automatiza_
ción se complementen y extiendan a: la mejora de la producción y calidact disminución de
riesgos laborales (seguridad industrial), disminución de costos.
Otra creación tecnológica que cambió la industria del ensamblaje (inicialmente en la
industria automotriz) y las líneas de producción, fue el controlador lógico programable (PLC:
Programmable Logic Controller). El concepto de línea de producción automatizada se im_
puso rápidamente. El PLC permitió que los procesos industriales fueran, desde enton_
ces, más precisos, eficientes y, tal vez lo más importante, re-programables, eliminan_
do el gran costo que generaba al reemplazar el sistema de control basado en relés y
contactores; con este dispositivo era posible cambiar a un nuevo modelo de automó_
vil en la industria automotriz, sin tener que alterar la estructura de la planta. Esta
nueva evolución tecnológica amplía aun más la definición de automatización: Una
tecnología que está relacionada con el empleo de sistemas mecánicos-eléctricos basados en computa_
doras para la operación y control de la producción.
La utilización de los dispositivos de estado sólido, los PLCs y las computadoras en el
ambiente de la manufactura va de la mano con otro de los desarrollos modernos: las
redes de comunicación. La intercomunicación de sistemas y procesos industriales no es
un concepto nuevo, pues sistemas como IEEE-488 y RS484/422 fueron utilizados por
más de 20 años en instalaciones de baja y mediana complejidad. Estos tipos de
enlaces de comunicación se han empleado en equipos de instrumentación y sistemas
de automatización, en donde la tasa de transferencia de datos entre equipos es baja.
Actualmente, dada la cantidad de instrumentos, equipos y complejidad en los proce_
sos, las redes de comunicaciones también han evolucionado, por ello, redes como
Ethemet se han hecho fundamentales en estos entornas de alta tecnología e integra_
ción global.
2.7. L Sistemas Integrados de Producción: El Concepto CIM
El afán de lograr niveles de calidad altos, rapidez en el desarrollo e intro_
ducción de nuevos productos, flexibilidad y adaptabilidad, hace que los fabricantes y
productores deban plantearse sus estrategias comerciales y de negocio desde un
punto de vista integral, desde que las materias primas entran en la fábrica hasta el
acabado final, donde el producto está listo para ser distribuido.
Con todos estos requerimientos es necesario que durante todo el proceso de fabrica_
ción, se suministre la información útil al personal de planta responsable de la produc_
ción y al departamento comercial, encargado de la venta y envío del producto, para
poder adaptar la producción de forma rápida y eficaz dependiendo de las necesidades
•.•..

AUTO MATIZACIÓN INDU
2. Automatizacián Indu
TORIO 25
~ e tener un proceso de fabricación dinámico y
- ~ - globales y no necesariamente técnicos. Todo ello
Iidad y seguridad que se aplican actualmente
del mercado. De e
donde la producción ES _
sin perder de vista la
tal como las normas .:-
Todos estos factores - - to OM (CIM: Computer Integrated Manufacturing),
que significa: manufa r computador o sistemas integrados de producción
basados en computa - = ~a .ecnología ni un procedimiento, sino una filo_
sofía de automatizaci' I : 2::: ~ -'n de varias técnicas con una visión integradora. El
concepto CIM se puede e--'-
«Una metodología de traba-
y gestión, orientados a la m~
ción».
e diseño de los sistemas de automatización, producción
J - eles de calidad y optimización en los procesos de fabrica_
Esta concepción de los siste as e fabricación abarca diferentes áreas y no debe ser
considerada exclusiva del á ea e la ingeniería, a pesar que ella juega un papel
importante. La Sociedad A ericana de Ingenieros de Procesos Manufactureros SME
(SME: Society of Manufacturíng Engineers) propuso una aproximación bastante completa
de lo que sería una producción integrada y los principales factores que en ella intervL
enen. Su explicación se ilustra en el diagrama de los Sistemas Integrados de Producción O
«rueda C/M» que se ilustra en la figura 2.3.

26
Se aprecia en el diagrama que el aspecto de la producción propiamente dicha, es
decir, la fabricación del producto, es una parte de todo el sistema de gestión, planifL
cacióny abastecimiento que lleva consigo cualquier proceso de fabricación.
El núcleo central enlaza los diferentes aspectos de un proceso industrial mediante las
redes de comunicaciones que permiten la interrelación entre ellos. Alrededor del
núcleo se encuadran todas las tareas que permiten la fabricación o manufactura del
producto, desde el diseño inicial, como el diseño de los procesos de fabricación nece_
sarios, pasando por la gestión de materias primas y producto final, almacenaje,
recepción y salida de material, control de calidad, etc.
La zona periférica del diagrama de la figura 2..3 comprende los aspectos de gestión
empresarial y de negocio relacionados con la producción.
En cualquier proceso productivo, existe una dependencia de las necesidades del
mercado. Así que el mercado es el encargado de modificar las condiciones de fabrica_
ción; quien toma las decisiones de efectuar las modificaciones es la dirección, pero
siempre respaldado por las áreas de diseño y producción ya que son estas entidades
quienes conocen hasta qué punto es posible adecuar las instalaciones a los posibles
nuevos productos, las inversiones a realizar, tiempos de diseño, etc.
I MERCADO
fÁBRICA 1
I-D-IRE-U-J6N-1 !
1" [Dd~oJ-1PR;DUCClÓ' 11
Figura 2.4. Relación entre Fábrica y Mercado
La gráfica de la figura 2..4 presenta la relación que existe entre el mercado y la fábrica.
El diagrama de la figura 2..5, muestra, de una manera más completa, las diversas áreas
que constituyen una empresa manufacturera. Se pueden establecer tres áreas bien
definidas: área administrativa y de mercadeo, área de ingeniería y área de control de
calidad. Entre estas áreas, existe un sistema de información, que realmente es una
gran red de comunicaciones que enlaza las distintas áreas.
Detallando el área de ingeniería del diagrama de la figura 2..5, se ve:
./ En primer lugar (parte superior) el área de diseño del producto, desarrollado mediante los sistemas
de diseño asistido por computador (CAD: Computer Aided Desígn), que definen las herramientas y
maquinaria a emplear en el proceso de producción .
./ La siguiente etapa consiste en la planificación de procesos dentro del proceso productivo mediante
sistemas de planeación de procesos asistidos por computadora (CAPP: Computer Aided Process
Planning), consistente en herramientas software usadas durante el desarrollo del producto para ayudar
al diseñador a evaluar los niveles de complejidad que tendrá el producto cuando va a ser
manufacturado.

AUTO MATIZACIÓN INDUSTRIAL:
2. . matización Industrial
PRODUCTO
CAO
Herramienta Máquina
CAPP
PPS
Planitiwión MRP
27
eo IT ."-::
_ = =
,I,I..MACE. :
L06íSTIé.-'
S~~ ...
;~ [;E
I~~:T
J., -'6
CAt1
SfC CAPC TI~S QC
CONTROLADORES
Et~ PLANTA
(HC PLC ROBOT AGV
Figura 2.5. Áreas Básicas dentro de una Factoría
Esta herramienta informática incluye información como: tipos de herramienta y máquinas necesarias
para la fabricación del producto, secuencia de operaciones de manufactura que serán desarrolladas,
velocidades, tiempo requerido por secuencia.
Sin esta herramienta, no será posible conocer la complejidad del producto antes de su fabricación, sino
después, una vez manufacturado .
./ El siguiente paso consiste en la planificación de los sistemas de producción (PPS: Planning
Production System), donde se realiza un estudio concreto de los sistemas de producción con el objeti_
vo de la optimización de las tareas y procesos a realizar, mediante la planificación de los recursos
humanos y maquinaria, compra de materias primas y programación de trabajo (tiempo de utilización
efectivo de la maquinaria, ordenación en la ejecución de tareas, etc). Como soporte a esta tarea, se
pueden distinguir dos aspectos: El primero es la Planificación Adicional (Agregate P/anning), que
analiza aquellos factores que pueden afectar la producción a mediano plazo y que no están directa_
mente relacionados con el proceso productivo, para de este modo, hacer frente a las posibles deman_
das y evitar sobrecarga o tiempos muertos en ciertas partes de la cadena de producción, tomando
decisiones acerca de las compras a hacer, distribución de las horas de trabajo, etc.
En segundo lugar se tiene el factor denominado Planificación de los Requerimientos de material (MRP:
Material Requirement Planning), muy enlazado con el concepto de planificación adicional, para dispo_
ner de las materias primas necesarias de un modo eficiente y realizar una gestión de almacén sin
necesidad de grandes niveles de inventario, fijar fechas de entrega de materias primas y herramientas.
Esta actividad, que a veces es considerada como un método de control de inventarias, implica mante_
ner registros completos de inventarias de materiales, suministros, piezas en diversas etapas de
producción (trabajo en proceso), pedidos, compras y calendarización (Schedu/ing) .
./ El siguiente nivel en el área de ingeniería es el diseño de procesos de fabricación y mecanizado
asistido por computador (CAM: Computer Aided Manufacturing), donde se implantan equipos y siste_
mas de gestión y desarrollo de la producción en contacto directo con la fabricación de planta.
La manufactura asistida por computadora, implica el uso de computadoras y tecnología de software
para ayudar en todas las fases de la manufactura de un producto, incluyendo la planeación del
proceso y la producción, maquinado, calendarización, administración y control de calidad.

28
Generalmente se integran los sistemas CAD/CAM; esta combinación permite la transferencia de
información desde la etapa de diseño (CAD) a la etapa de planeación (CAM), para la manufactura de
un producto, sin necesidad de volver a capturar en forma manual los datos sobre la geometría de la
pieza. La base de datos que se desarrolla durante el CAD es almacenada; posteriormente, esta es
procesada por el CAM, para obtener los datos y las instrucciones necesarias para operar y controlar la
maquinaria de producción, equipo de manejo de materiales y las pruebas e inspecciones automatiza_
das que establecen la calidad del producto.
En este nivel, como se observa en la figura 2.5, se introducen elementos como los Sistemas de Control
de Planta (SFC: Shop Floor Contra!), utilizando los datos de estos para mantener y comunicar la
situación de los pedidos en planta y en los puestos de trabajo en tiempo real.
Están los llamados Círculos de Calidad (QC: Quality Cirde), o grupo de trabajo, que actúa como una
unidad para mejorar la calidad y reducir los costos en cualquier proceso.
Está la Gestión de la producción asistida por computadora (CAPC: Computer Aided Production Contra!),
que ejerce una supervisión de los procesos productivos para analizar sus necesidades y ser capaces de
reaccionar antes que disminuya el ritmo de producción o sus niveles de calidad.
Se encuentran los Sistemas de Gestión Logística (TMS: Transportation Management System), que
informan al control de la planta acerca de la situación de las mercancías preparadas para comercia_
lizar, así como gestionar su almacenaje y envío a través de la preparación de los lotes.
Todos los sistemas anotados están en continua e ininterrumpida comunicación entre sí y con las otras
áreas de la fábrica y están basados en ambientes de software, ayudados por sistemas de identificación
y marcaje como: etiquetado con código de barras, bandas magnéticas, sistemas de identificación
(EPC: Electronic Product Code) vía Radio Frecuencia (RFID: Radio Frequency IDentified) .
./ Finalmente se llega a la planta de producción, en donde se encuentran todos los equipos y
máquinas encargados de producir, mecanizar y conformar el producto, en donde la materia prima o
básica se transforma realmente en un producto final.
En la planta de producción se distinguen tres tipos de elementos básicos como son: los elementos de
proceso, elementos de transporte y los de almacenaje.
Algunos elementos de proceso son los controladores lógicos programables (PLCs: Programmable Logic
Controllers), sistemas de control numérico (CNC: Computer Numeric Contra!), robots encargados de
realizar el mecanizado y ensamble del producto ayudados por motores, sensores, actuadores, y los
operarios que conforman el personal de planta.
Otros elementos de proceso a tener en cuenta son los sistemas automáticos de inspección de calidad
que se han constituido en elementos fundamentales dentro de la producción.
Los elementos de transporte permiten el abastecimiento de materias primas y facilitan la tarea de
trasladar el producto terminado al lugar de almacenamiento. En las plantas automatizadas el transpor_
te se hace con los Vehículos de Conducción Automática (AGV: Automatic Guided Vehide) y el transpor_
te de pallets mediante carretillas.
Respecto a los sistemas de almacenaje, los Sistemas de Almacenamiento y Recuperación Automáticos
(AS/RS: Automated Storage and Retrieval System) permiten emplazar grandes cantidades de
mercancía de manera automática y ordenada con tiempos de acceso reducidos, si se compara con los
sistemas tradicionales. Ejemplos de industrias con este tipo de implantaciones integrales son las
cadenas de montaje de automóviles, industrias petroquímicas, montajes de sistemas electrónicos, etc.
Todo el entramado de procesos, la coordinación entre las distintas áreas de la facto_
ría, el conocimiento de las actividades en cada área e f a inmediata y en tiempo

RATORIO 29
real sería posible sin la existe cia de los sistemas físicos capaces de captar,
di i Y almacenar toda la inme sa información generada. Es por ello que se hace
necesa "a la infraestructura de comu icaciones capaz de realizar la integración de los
siste as industriales. Entonces se requiere de una extensa red de comunicaciones,
de alta velocidad e interactiva.
Un gra avance en la tecnología de las comunicaciones es la Red de Área Loca CLAN:
Local Area Network). Una red LAN enlaza grupos relacionados de equipos y máquinas y
lleva las distintas fases de la manufactura hacia una operación unificada. Una red de
área local puede ser muy grande y compleja, enlazando cientos o hasta miles de
máquinas y dispositivos en varios edificios. Se usan diversas distribuciones de red de
cables de fibra óptica o de cobre a distancias de algunos metros hasta 32Kms. Para
mayores distancias se usan las Redes de Área Ancha CWAN: Wide Area Network).
2.7.2. Sistemas de Control Industrial
Tradicionalmente se distinguen tres tipos de sistemas de control industrial:
sistema de control centralizado, sistema de control multicapa y sistema de control
distribuido. La elección de uno u otro sistema dependerá de diversos factores como:
tamaño de la planta, complejidad de las tareas a realizar, posibilidad de subdividir los
procesos de fabricación y de la evolución tecnológica de los procesos.
Control Centralizado: Es un sistema aplicado a fábricas poco complejas donde un
proceso puede ser gestionado directamente mediante un único elemento de control,
por ejemplo una computadora, encargada de realizar todas las tareas del proceso de
producción y que puede incluir un sistema de monitorización y supervisión.
Para necesidades de producción más complejas, se requieren sistemas· de control
más complejos, potentes y en mayor número, pero se mantiene en un único elemen_
to de control central todo el proceso, es decir, una única computadora soporta el
control sobre toda la planta; esto implica, hacer llegar las señales de todos los senso_
res, cablear todos los actuadores desde el sitio en donde se ubiquen hasta la
computadora central.
Como ventaja del control centralizado es que no es necesario planificar la intercomu_
nicación entre procesos ya que todas las señales están gestionadas por el control
central y para sistemas poco complejos, los costos no son altos.
Pero tiene un grave problema: si el sistema de control central (la computadora central)
falla, toda la instalación queda paralizada; una solución es adicionar un control de
respaldo (back-up, respaldo) de manera que temporalmente el sistema tome el control
de la planta. Otro problema resulta por las distancias que hay entre la planta (en
donde están los sensores y actuado res) y el control central, puesto que implica grandes
distancias de cableado y, necesariamente, retardos.

2. Automatizacián Industrial
30
Históricamente, muchas plantas manufactureras tenían la disposición de control
centralizado, puesto que no se tenían estándares de calidad tan altos como los hay
actualmente, ya que la mayor parte de la producción se realizaba con mano de obra
humana y, por tanto, muchos de los procesos no estaban automatizados.
CONTROL CENTRALIZADO 1
t t t t
MATERIA 0 0 0 0 PRODUCTO
. PRIMA --7 A -7 B -7 e -7 D --7 TERMINADO
(A)
Figura 2.6. Esquema del Control Centralizado
La figura 2.6 ilustra un diagrama simplificado de un control centralizado. La materia
prima ingresa por la izquierda, recorre cuatro estaciones de trabajo, obteniendo a la
derecha, el producto final. Cada estación es supervisada y controlada por la unidad
de control 'centralizado. Si falla el control central, se detiene todo el proceso.
Control Multicapa: Aprovecha las ventajas del control centralizado, así que conforma
una variedad de control jerarquizado en dos niveles. El nivel más bajo se constituye
mediante controladores locales para el control de lazos específicos o subprocesos del
sistema. Estos se ocupan de atender a las tareas de control con restricciones tempo_
rales de carácter crítico. El nivel superior está constituido por una computadora cen_
tral que supervisa y establece órdenes de consigna a los controladores locales. Ade_
más atiende a las tareas de optimización de largo alcance, de procesamiento de
información global y monitorización del sistema. En caso que el computador central
falle, el control de las variables del proceso queda garantizado.
CONTROL DE SUPERVISiÓN
(B)
Figura 2.7. Diagrama Simplificado de un Control Multicapa
La figura 2.7 ilustra el diagrama del principio básico de un control multicapa. Cada una
de las estaciones (A, B, C, D) tiene un dispositivo de control individual y estos disposi_
tivos de control son supervisados y controlados por un control central. En este caso,
si el control central falla, cada una de las estaciones sig e operando, aunque se pier_
de el control sobre lodo el sistema global.

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y lABORATORIO
31
Control Distribuido: El tercer sistema de control es el control distribuido en donde se
consideran procesos, grupos de procesos o áreas funcionales, que pueden ser definL
dos bajo algoritmos de control operables en forma autónoma. A cada grupo de proce_
sos se asigna una unidad de control y mediante redes de comunicaciones, se enlaza_
rán para efectuar una coordinación de todos los procesos.
Con esta metodología de control es posible que cada unidad de control realice proce_
sos sencillos, comparados con el proceso global, reduciendo las probabilidades de
error durante la programación y permitiendo el empleo de unidades de control más
simples y, por tanto, más económicas. Al mismo tiempo, la existencia de fallas en
otras unidades no implica la paralización de todos los procesos que se lleven a cabo
en la planta como sucede con el control centralizado.
La figura 2.8 representa un diagrama simplificado del control distribuido. Como se
observa, se forman cuatro células, cada una de las cuales agrupa la estructura de
pequeñas zonas de fabricación, así que la materia prima puede entrar a cualquiera de
las cuatro células en donde es procesada y obtenido el producto final. Cada célula
."ene su unidad de control individual y estos controles son supervisados por un siste_
a central. Si el supervisor central falla, no se detiene la fabricación, porque cada
celda tiene la autonomía de procesar la materia prima y entregar un producto. Para
este control la comunicación entre células y entre unidades de control individuales y
el supervisor es importante, para racionalizar el uso de las células y evitar embotella_
mientas (cuellos de botella) y evitar tiempos ociosos en máquinas y operarios. Lógica_
mente que este tipo de estructura es mucho más compleja, pero es justificada cuan_
do el proceso de fabricación es muy complejo y grande.
CONTROL DE SUPERVISiÓN
MATERIA
PRIMA
Figura 2.8. Diagrama del Control Distribuido
2.7.3. Pirámide de la Automatización
Una vista global de la planta de manufacturada automatizada se presentó
en las figuras 2.3 y 2.5, en donde se mostraban las diferentes áreas que conforman la
empresa. Otra forma de mostrar la disposición de una fábrica automatizada es
mediante una pirámide que se denomina pirámide de la automatización.

32
Factáiy lewl
La figura 2.9 ilustra una pirámide con cinco niveles y que representa la disposición de
la planta automatizada. Cada uno de los niveles representa un área de la planta. El
nivel inferior (nivel 1) es el nivel de producción, mientras que el nivel superior (nivel 5)
es el de gestión administrativa.
5 FaCt"''- Computef. } Factcr) bu>
CADiCAM
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l!'tc.
Figura 2.9. Pirámide de la Automatízación
La descripción de cada uno de los niveles es la siguiente:
Nivel 1: Es el nivel de campo, también llamado nivel de instrumentación. Allí se ubican dispositivos
como elementos de medida (sensores) transductores y transmisores y los dispositivos de mando
(actuadores). Son los elementos más directamente relacionados con el proceso productivo, ya que los
actuadores son los encargados de ejecutar las órdenes de los elementos de control.
Los sensores miden las variables del proceso; ejemplos de algunas variables comunes a sensar: nivel
de líquidos, caudal, temperatura, presión, posición, etc.
Ejemplos de actuadores: motores, válvulas, calentadores, taladros, cortadoras, pequeños PLCs~
Nivel 2: Es el nivel de proceso. En este nivel se sitúan los elementos que ordenan las acciones a los
actuadores y reciben la información de los distintos sensores, transductores y transmisores, así que los
dispositivos de este nivel permiten que los sensores y actuadores funcionen de forma conjunta para
que sean capaces de realizar el proceso industrial. Son dispositivos programables, de tal modo que es
posible ajustar y personalizar su funcionamiento según las necesidades de cada caso.
Para una factoría pequeña, con los dos primeros niveles es suficiente para realizar un proceso produc_
tivo completo. Ejemplos de equipos que se ubican en el nivel 2: los PLCs, PC industrial, robots, CNC.
Nivel 3: Es el nivel de célula. Están los dispositivos que coordinan, supervisan y controlan las operacio_
nes de los dos niveles inferiores; es el control y supervisión que enlaza las unidades de control de cada
célula o estación de trabajo y que se mostró en la figura 2.8 del control distribuido. Allí se pueden
tener PLC maestros, PC industriales, sistemas de control distribuido (DCS: Distributed ControISystem).
Algunas actividades en el nivel 3 son:
~Adquisición y tratamiento de datos_
~ Monitorización.
~ Gestión de alarmas y asistencias.
~ Mantenimiento correctivo y preventivo.
~ Control de calidad.
~ Sincronización de células.

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