Automatización Industrial y Sistemas de Producción: Componentes, Tecnologías y Controladores

Automatización Industrial y Sistemas de Producción

Máquinas en la Automatización Industrial

• Sistemas de almacenamiento
• Sistemas de manipulación
• Líneas de ensamblado
• Líneas de producción

Componentes de la Computación en la Automatización

• Computadores
• Controladores (sensores y actuadores)
• Software
• Comunicaciones (buses y redes)

Proceso de Producción de Cemento

• Almacenamiento de clínker y materia prima
• Molienda
• Producción final
• Carga a camiones
• Ensacado

CIM: Sistemas de Producción

Los Sistemas de Producción CIM (Manufactura Integrada por Computadora) se definen como la integración de personas, equipos y procedimientos organizados para llevar a cabo las operaciones de fabricación de una empresa de manera eficiente.

Componentes de los Sistemas de Producción

• Instalaciones:
  • Distribución en planta
  • Sistemas de fabricación
• Sistemas de Apoyo a la Fabricación: Procedimientos para gestionar la producción, resolver problemas de pedidos de materiales y garantizar el cumplimiento de las normas de calidad.

Categorías de los Sistemas de Apoyo a la Fabricación

• Según el tipo de trabajo:
  • Trabajo manual
  • Trabajo-máquina
  • Máquina
• Según las funciones:
  • Funciones de negocio
  • Diseño de producto
  • Planificación de la fabricación
  • Control de fabricación

Realidades Actuales en la Producción

• Globalización: Países emergentes, mayor competencia mundial.
• Subcontratación Internacional: Fabricación fuera del país de origen.
• Subcontratación Local: Proveedores locales para repuestos y servicios.
• Fabricación por Contrato: Empresas que fabrican productos para otras.
• Expectativas de Calidad: Cada vez más altas.
• Necesidad de Eficiencia Operativa: Optimización de recursos.

Enfoques y Tecnologías para la Mejora de la Producción

• Automatización
• Tecnologías de manipulación de material
• Sistemas de fabricación
• Fabricación flexible
• Programas de calidad
• CIM (Manufactura Integrada por Computadora)

Automatización de Sistemas de Producción

CIM (Manufactura Integrada por Computadora) se refiere a la integración de actividades empresariales relacionadas con la producción, utilizando tecnologías de la información como bases de datos y redes, que permiten el intercambio y la compartición de datos. Integra CAD, CAM, CAPP y CAE.

Tipos de Sistemas de Automatización

• Fijo: Alta producción, alta inversión, bajas tasas de variedad.
• Flexible: Alta inversión, producción continua, tasas medias, flexibilidad media.
• Programable: Alta inversión, alta flexibilidad, bajas tasas de producción.

Objetivos de la Automatización

• Reducir el esfuerzo manual.
• Integrar CAD y CAM.

Razones para la Automatización

• Aumentar la productividad.
• Reducir los costes laborales.
• Eliminar tareas peligrosas o repetitivas.
• Reducir el plazo de ejecución de la fabricación.
• Mejorar la seguridad.
• Mejorar la calidad del producto.

Principios y Estrategias para la Automatización de la Producción

1. Entender el proceso actual.
2. Simplificar el proceso.
3. Automatizar el proceso.

Estrategia de Migración hacia la Automatización

1. Producción manual.
2. Producción automatizada.
3. Producción automatizada integrada.

La Fabricación y sus Operaciones

La fabricación implica la aplicación de procesos físicos y químicos para alterar la geometría, propiedades y apariencia de la materia prima, añadiendo valor al producto.

Tipos de Industrias

• Primarias
• Secundarias
• Terciarias
• De proceso
• De productos discretos

Operaciones de Fabricación

• De Procesamiento:
  • Procesos de conformado
  • Mejora de propiedades
  • Procesos superficiales
• Montaje:
  • Procesos de unión
  • Sujeción mecánica
• Manipulación y Almacenamiento de Material:
  • Transporte de material
  • Sistemas de almacenamiento
  • Equipos de identificación unitaria
  • Identificación unitaria y captura de datos (AIDC)
• Inspección y Pruebas:
  • Control de calidad
  • Por variables
  • Por atributos
• Coordinación y Control: Gestión de actividades a nivel de planta.

Controladores Discretos

Los controladores discretos operan con variables binarias que cambian en el tiempo, utilizando sensores y actuadores.

Categorías de Control Lógico

• Control Lógico Combinacional: La salida está determinada por las entradas, no hay memoria y las características no dependen del tiempo.
• Control Lógico Secuencial: La salida está determinada por las entradas y los estados internos, hay memoria y las características dependen del tiempo.

Secuenciación en el Control Lógico Secuencial

Es un sistema de conmutación que utiliza dispositivos de temporización para determinar cuándo iniciar cambios en las variables de salida. Es de lazo abierto y cíclico. Los dispositivos más comunes son temporizadores y contadores.

Características de los Controladores Secuenciales

• El proceso se descompone en estados (variables internas).
• Cada estado realiza acciones sobre los actuadores (variables de salida).
• Las señales de los sensores (variables de entrada) controlan la transición de estado.
• Las variables son de tipo discreto, con dos valores posibles (activado o desactivado).

Lenguaje Ladder

Utiliza contactos (entradas), cargas (salidas), temporizadores y contadores.

Controladores Lógicos Programables (PLC)

Un PLC es un autómata programable basado en un microprocesador que utiliza instrucciones almacenadas para implementar funciones de lógica, secuenciación, temporización, conteo y aritméticas, mediante módulos analógicos o digitales. Controla en tiempo real y en ambiente industrial procesos con evolución secuencial.

Ventajas del PLC frente al Control con Relés

• Más fácil de programar.
• Ocupa menos espacio.
• Más fiable.
• Mejor mantenimiento.
• Se puede conectar a sistemas CIM.
• Puede realizar una mayor variedad de funciones de control.

Componentes de un PLC

• Dispositivo programable.
• Procesador y Memoria.
• Módulo de Entradas/Salidas (E/S).

Tipos de Entradas/Salidas (E/S)

• Variables todo/nada (binarias).
• Variables analógicas.
• Directa: De una en una.
• En Bloque: Lee todas y escribe todas en una memoria imagen.

Ciclo de Operación de un PLC

1. Explotación de entradas.
2. Ejecución del programa de control.
3. Actualización de salidas.

Programación de PLC

Establecimiento de las instrucciones disponibles en el sistema de programación que resuelven el control de un proceso.

Lenguajes de Programación para PLC

• Lenguajes Gráficos:
  • Diagramas Ladder
  • Diagramas de bloques de función
  • Diagramas de función secuencial
• Lenguajes Textuales:
  • Lista de instrucciones (bajo nivel)
  • Texto estructurado (alto nivel)