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Automatización

Ing. Carlos E. Cotrino B. M Sc.

Automatización

• Como Tecnología es un tema de Ingeniería.

• Como aproximación al trabajo es un tema humano y social.

• Como productividad y costos es un tema económico.

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Control

“A control system is an interconnection of many components or functional units in such a way as to produce a desired result”

“Control theory is assumed to encompass all questions related to design and analysis of control systems”

Brogan W.L. Modern Control Theory.1974

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Automatización

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Automatización

“Automatización es la TECNOLOGÍA por medio

de la cual un PROCESO o PROCEDIMIENTO se puede desarrollar SIN INTERVENCIÓN

HUMANA”

M.P. Groover . Automation, Production Systems and CIM.

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Por qué automatizar1

• Escases de recursos: alimentos, energía y materias primas.

• Protección: personas, medio ambiente y equipo

• Necesidades crecientes de transporte y movilidad.

• Desarrollo de productos y materiales novedosos y a tiempo.

• Soporte a la salud.

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Automatización

• Instrumentación

• Automatización: Procesos – Manufactura- Edificios

• Redes & Transmisión Inalámbrica

• Integración

• Integridad datos (Security)

• Protección (Safety)

• Ambiente

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Áreas en crecimiento1

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Objetivos2

1. Protección (Safety)

2. Operación

3. Economía

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Protección

PERSONAS: reducir la probabilidad de accidentes

EQUIPOS: mediciones y acciones específicamente diseñadas para operar equipos en su región segura.

AMBIENTE: mediciones y estrategias diseñadas para reducir fugas, y mitigar el impacto de los mismos.

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Operacionales

ESPECIFICACIONES: asegurar cumplimiento de especificaciones de los productos.

CALIDAD: reducir los productos defectuosos. Mayor producción de productos valiosos.

RESTRICCIONES: procesos que no pueden ejecutarse manualmente.

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Económicos

PRODUCTIVIDAD: mejor empleo del recurso humano.

REDUCIR CONSUMO ENERGIA: operación con el mínimo consumo de energía.

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Asignación de funciones2

DESCONOCIDO COMO AUTOMATIZAR

CRITICO - PELIGROSO

TRIVIAL & HUMANOS LO QUIEREN HACER

REPETITIVO - FATIGOSO

NO AUTOMATIZAR AUTOMATIZAR

CO

MP

LE

JID

AD

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Asignación de funciones

• Humano: – Arranque – Parada

– Decisiones basadas en variables no medibles.

– Productos especiales fuera del programa estándar de fabricación.

– Situaciones Anormales

• Máquina

– Operación normal

– Disparo de emergencia

• Semi automático

– Demanda altamente variable.

– Procesos por tandas

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Beneficios Automatización

Operación más Segura

Cumplimiento Normas Ambientales

Reducir variabilidad

Mayor Flexibilidad

Calidad Estable

Facilita Diagnostico de Anomalías

Mejora entendimiento del Proceso

Rápidos Arranques y Paradas

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Elementos

• Fuente de energía: eléctrica, fósil, neumática, hidráulica.

• Un equipo de medida

• Un equipo de control

• Un equipo de actuación

• Una estrategia de control.

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REFERENCIA

VAPOR QS

TT

PRODUCTO

CONDENSADO

TC

T1 Q To, Q

Elementos

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Instrumentación

• Medidores

• Actuadores

• Protocolos

• Diagnósticos

• Estándares:

• Inalámbrica:

• Adquisición de datos

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Dispositivos de campo

• Información de las variables de planta y proceso.

• Elementos para modificar la alimentación de energía y/o materia prima

• Componentes:

– Elementos de medida.

– Elementos de actuación.

– Dispositivos de entrada/salida.

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Dispositivos de campo - Medidores

Costo: adquisición + instalación debe ser bajo comparado con el valor

del dato suministrado por el elemento.

Confiabilidad: número de fallas durante un periodo de operación,

en las condiciones de instalación

Repetibilidad (precisión): bajo valor de variabilidad del valor medido.

Exactitud: error sistemático respecto al valor verdadero

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Dispositivos de campo - Medidores

Velocidad de respuesta: respuesta del dispositivo para cambios rápidos

de la variable medida.

Calibración : frecuencia y procedimiento para acoplar los rangos de operación

del dispositivo y de la variable física.

Corrimiento: pérdida de exactitud durante el tiempo de operación

Rango de operación: escala de valores de la variable física a medir

Honeywell_5808w3.pdf

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Dispositivos de campo - Medidores

• Elementos de medida:

– Continua

– Discreta

– Digital

– Contacto

– No contacto

– Indicación

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Desarrollos recientes en sensores3

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Dispositivos de campo - Actuadores

• Un Actuador es un dispositivo que acepta una señal de control y la convierte en una acción física. En otras palabras un actuador produce una ACCIÓN relacionada con la orden enviada por el controlador.

• Un actuador se debe identificar y describir para facilitar la configuración y operación del sistema.

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Dispositivos de campo - Actuadores

• Eléctricos: motor DC, motor de inducción (rotatorio y lineal), motor a pasos, solenoide, relevador, válvula

• Hidráulico: pistón, motor.

• Neumático: pistón, válvula

LeeDan_DK-1603.pdf

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Dispositivos de campo – Entrada / Salida

• Acondicionamiento de señal

• Múltiplex

• Conversión Análoga – Digital

• Conversión Digital – Análoga

• Señales discretas: – Contactos, relevos

– Contadores

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Desarrollos recientes en actuadores3

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Control Básico

• Control de operaciones unitarias o de máquinas individuales.

• Hardware: – Controladores “stand alone”

– Controladores Lógicos programables

– Controles numéricos

– Manipuladores

– Sistemas de control.

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Control Básico

• Control Lógico (o Discreto):

– Variables cambian en instantes discretos de tiempo.

– Programa de control de ejecución cíclica

– Manejo por eventos: controlador responde a eventos que modifican el estado del sistema: control combinatorio.

• Supervisión

Controller_69-2062EFS.pdf

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Integración

• Planeación de redes.

• Seguimiento e identificación de activos

• Interoperabilidad

• Redes inalámbricas

• Soluciones con buses de campo

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• Hardware y software que facilitan la integración entre los usuarios y la planta

• Debe suministrar visión completa de la unidad

• Diseño inteligente y funcional

Citect_HMI.pdf

HMI: Human Machine Interface

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Automatización de edificios

• Control automático de las condiciones ambientales internas.

• Núcleo básico: HVAC

• Objetivo básico: eficiencia energía

• Extensión:

– Control de electrodomésticos

– integración información

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Automatización de edificios

• Control HVAC

• Control Iluminación

• Control Acceso.

• CCTV.

• Administración de Energía.

• Controles para seguridad de la vida (Life Safety Controls)

• Estrategias de Integración.

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Automatización de edificios4

• Adquisición de datos intensa

• Funciones de supervisión

• Funciones de control sencillas.

• Cableado representa un costo alto.

• Comunicación inalámbrica?

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Automatización de edificios4

• Gran cantidad de sensores, indicadores y actuadores: sistema complejo.

• Necesarias múltiples topologías de redes.

• Condiciones ambientales no son críticas

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Áreas y usuarios5

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Arquitectura red6

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Protocolos Edificaciones7

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Ingeniería y proyectos

• Beneficios económicos

• Fases

• Documentación

• Gerencia

• Software.

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Referencias

1. Groover M.P. Automation, Production Systems and CIM. 2nd Edition. Upper Saddle River: Prentice Hall. 2001.

2. Sheridan T.B. Humans and Automation System design and research issues. John Wiley. 2002

3. Rolf Isermann. Perspectives of automatic control. Control Engineering Practice 19 (2011) 1399–1407

4. THOMESSE JEAN-PIERRE. Fieldbus Technology in Industrial Automation. Proceedings of the IEEE, VOL. 93, NO. 6, June 2005.

5. W. KASTNER, G. NEUGSCHWANDTNER, S. SOUCEK, AND H. M. NEWMAN. Communication Systems for Building Automation and Control. PROCEEDINGS OF THE IEEE, VOL. 93, NO. 6,. 1178-1203. JUNE 2005

6. Hsiao-Yi Huang, Jia-Yush Yen, Member, IEEE, Sih-Li Chen, and Feng-Chu Ou. Development of an Intelligent Energy Management Network for Building Automation. IEEE TRANSACTIONS ON AUTOMATION SCIENCE AND ENGINEERING, VOL. 1, NO. 1,. Pages 14-25. JULY 2004

7. K.P. Wacks, INTRODUCTION TO THE CEBUS® COMMUNICATIONS PROTOCOL

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