Conceptos Clave en Automatización Industrial: PLCs, SCADA y Control de Procesos

Conceptos Esenciales en Automatización Industrial y Control de Procesos

Fenómenos y Componentes Fundamentales

Cavitación

Cavitación: Cuando un líquido que fluye por una tubería ve su paso estrangulado, su velocidad aumenta y pierde presión. Si esta presión baja por debajo de la presión de saturación del fluido, se producen burbujas de vapor, lo que causa daño y desgaste.

Unidad Central de Procesamiento (CPU)

CPU (Unidad Central de Procesamiento): Es la unidad central encargada de procesar las instrucciones y datos en un sistema.

Memoria

Memoria: Almacén de datos e instrucciones que deben ejecutarse en cada momento por el procesador.

Bus

Bus: Red de líneas de comunicación que conecta todos los elementos de una máquina o sistema, permitiendo el intercambio de datos.

Biestable

Biestable: Células elementales de memoria capaces de almacenar 1 bit de información, fundamentales en la lógica digital.

Optoacoplador

Optoacoplador: Componente electrónico que se utiliza como transmisor y receptor óptico de luz, permitiendo la transmisión de señales sin necesidad de cables físicos y proporcionando aislamiento eléctrico.

Fuente de Alimentación

Fuente de Alimentación: Suministra electricidad a los armarios de control y dispositivos electrónicos, convirtiendo el voltaje de entrada (ej. 220V) a un voltaje adecuado para la electrónica (ej. 24V).

Sistemas de Control y Adquisición de Datos

SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)

SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition): Software de control y adquisición de datos que permite supervisar, controlar y gestionar procesos industriales a distancia.

Controladores Lógicos Programables (PLC): Fundamentos y Aplicaciones

Definición y Funcionalidad del PLC

PLC (Controlador Lógico Programable): Máquina electrónica programada para ser utilizada en entornos industriales. Utiliza memoria de programa para el almacenamiento interno de instrucciones orientadas al usuario, permitiendo la automatización de procesos.

Componentes Principales de un PLC

• Fuente de Alimentación: Proporciona la energía necesaria para el funcionamiento del PLC y sus módulos.
• Entradas/Salidas (E/S):
  • Entradas: Captadores capaces de informar del estado de la instalación o de una parte de la misma (ej. sensores).
  • Salidas: Actuadores que mueven la instalación o controlan dispositivos externos (ej. motores, válvulas).
• Memoria: Donde se escribe y almacena el programa a ejecutar, así como los datos de proceso y variables.
• Procesador: Organiza y ejecuta las instrucciones del programa almacenado en la memoria, controlando la lógica del PLC.

Estructura Interna y Módulos de un PLC

• Relé de Entrada: Toman el voltaje de entrada y permiten la activación de la variable dentro del PLC (comúnmente con módulos de 8 o 16 entradas).
• Relé de Salida: Salidas que se conectan al cableado que llevará la señal a los actuadores externos, controlando su operación.
• Optoacoplador: (Ya definido anteriormente) Se utiliza en la estructura para aislar eléctricamente las señales de entrada y salida, protegiendo los circuitos internos del PLC de sobretensiones o ruidos.

Tipos de Automatización y PLCs

• Modular: Construido a medida uniendo módulos de entrada, salida y CPU, lo que permite gran flexibilidad, expansión y escalabilidad según las necesidades del proceso.
• Compacto: Equipos con un bastidor que integra las señales de entrada y salida en una única unidad, ideales para aplicaciones de menor complejidad o donde el espacio es limitado.
• SCD (Sistemas de Control Distribuido): Controlan procesos a partir de variables de entrada para llevar el proceso a las condiciones de operación establecidas. El proceso debe ser vigilado por otro sistema que lo mantenga en parámetros seguros, garantizando la estabilidad y seguridad operativa.

Comunicación y Programación en Sistemas de Automatización

Arquitectura Maestro/Esclavo

Maestro/Esclavo: Un modelo de comunicación donde un equipo (maestro) y uno o varios (esclavos) interactúan. El maestro gobierna los ciclos de comunicación; toda iniciativa de comunicación es llevada a cabo por el equipo maestro. Los esclavos solo responden a las señales del maestro. A esta interacción se le denomina transacción.

Instrucciones Básicas de Programación de PLC

• ID (Instrucciones de Escalera o Ladder Diagram): Un lenguaje de programación gráfico muy común en PLCs, que simula la lógica de relés eléctricos y contactos.
• Instrucciones Latch: Utilizadas para la retención de un valor en una posición de memoria en el PLC, manteniendo un estado hasta que se resetee explícitamente.
• Unidades de Memoria:
  • 1 bit: La unidad más pequeña de información.
  • 8 bits: Equivalente a 1 byte.
  • 2 bytes: Equivalente a 1 word (palabra).