Introducción a la Automática

Dpto. Ingeniería Eléctrica, Electrónica, Automática y Física Aplicada

www.ieef.upm.es

Automática

Automática es la disciplina que trata de los métodos y

procedimientos cuya finalidad es la sustitución del operador

humano por un operador artificial en la ejecución de una tarea

física o mental previamente programada.

la Ciencia que trata de sustituir en un proceso el operador humano por

dispositivos mecánicos o electrónicos.

Máquinas herramientas robotsMáquinas transfer

2

Flexible Rígida

Recomendación

3http://www.rtve.es/television/fabricando-made-in-spain/

Exámenes pasados

M

VA VB

Producto A Producto B Taponadora

SA SB ST

TP

Alimentador

de botes

A

B

RARB

4

Historia: Época clásica

Anhelo de la Humanidad

Estratón, Arquímedes, Ctesibio, Filón, Herón,…“Cuando hacemos algo contra la naturaleza, hemos de llamar a la Mecánica”

5

Historia: Edad Media

Oriente, Árabes, tradición clásica

Papel, pólvora, brújula, imprenta,

Álgebra

Universidades

6

Historia: Revolución científica

Copérnico, Kepler, Galileo, Descartes, Newton,…

7

Historia: Época contemporánea

Euler, Laplace, Fourier, Faraday, Maxwell, Plank, Einstein,…

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17 ecuaciones que cambiaron el mundo

El teorema de Pitágoras, porque conectó el álgebra y la geometría.

La suma de logaritmos, porque permitió simplificar operaciones muy complejas

El teorema fundamental del cálculo, porque toda las matemáticas de la física reposan sobre

él.

La teoría de la gravitación de Newton, porque unificó en una sola ecuación fenómenos en

apariencia tan diferentes como la caída de una manzana y las órbitas de los planetas.

El cuadrado de la unidad imaginaria, porque el análisis complejo es esencial para resolver

muchos problemas.

La fórmula de Euler para los poliedros, porque representa el nacimiento de la topología.

La distribución Gaussiana, uno de los pilares de la estadística.

La ecuación de onda, porque unifica fenómenos tan dispares como la luz, el sonido o los

terremotos.

La transformada de Fourier, esencial en el tratamiento de señales.

La ecuación de Navier-Stokes, la base de la aerodinámica y la hidrodinámica.

Las ecuaciones de Maxwell, que describen el electromagnetismo.

La segunda ley de la termodinámica y el incremento de la entropía.

La identidad masa-energía de Einstein, que unifica masa y energía.

La ecuación de Schrödinger, que describe la evolución de un sistema cuántico

La entropía de la información de Shannon, que describe el límite hasta el que se puede

comprimir la información.

El modelo logístico, quizás el sistema más simple donde aparece el caos.

El modelo de Black-Scholes, que se utiliza en banca para calcular el precio de productos

financieros derivados.9

Historia del Control (I)

10

Gallo de Estrasburgo

Pato de Vaucanson

Telar de Jacquard Timón de cola del molino

Historia del Control (II)

11

El Turco

(Wolfgang Von Kempelen-Siglo XVIII)

Historia del Control (III)

Torres Quevedo

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Ramificaciones del saber en la automatización

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¿Qué es automatizar?

Hacer que la planta funcione automáticamente

Objetivos de la automatización

Incrementar la productividad y flexibilizar las herramientas

Producir con calidad constante

Dedicar a los humanos a las tareas creativas

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Campos de la automatización

Automated Manufacturing (Manufacturado)

Discreto

Automatización

Process (Proceso)

Continuo

Automática

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Campos de la automatización

Disposición en la fabricación

(Lay-out)

Piezas en posición fija

Agrupamiento por lotes

Línea de producción

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Grados de automatización

Serie Grado Lay-out

Corta Manual Pieza fija

Media Flexible Agrupamiento por procesos

Alta Rígida Línea de producción

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Niveles de automatización

Nivel I: Elemental

Nivel II: Máquina

Nivel III: Proceso

Nivel IV: Gestión integrada

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Arquitectura de un sistema de producción

Parte Operativa

(Proceso)

MATERIAS PRIMAS

MATERIAS ELABORADAS

ENERGÍA

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Arquitectura de un sistema de producción automatizado

La automatización podría ser definida cono la sustitución del

operador humano tanto en sus tareas físicas como mentales,

por máquinas o dispositivos.

Parte Operativa

(Proceso)

MATERIAS PRIMAS

MATERIAS ELABORADAS

ENERGÍA

Parte de Control

(Controlador)

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Sistema de control Las teorías y técnicas de Regulación de procesos tiene como objetivo

conseguir que las variables controladas sigan la señales de mando y sean

resistentes a las perturbaciones

Parte operativa

(proceso)Parte de Mando

(control)

Potencia Accionadores

Transductores

Supervisión

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Elementos de los sistemas de control

Planta

Conjunto de actividades que se desean automatizar

Unidad de control

Decide las operaciones a realizar

Reles, PC, PLC,..

Potencia + accionamientos

El sistema de control gobierna a la planta mediante los equipos de potencia + accionamientos.

Contactores, electroválvulas…

Motores, cilindros neumáticos…

Sensores + Interfaces

Adquisición de los datos de la planta mediante la conversión de las magnitudes físicas en señales eléctricas.

Comunicación entre el sistema de control y los usuarios.

22

Ejemplo de parte operativa

23

Ejemplo de parte de control

DistribuidorMódulos para lógica cableada

electroválvulas

Cilindro de doble

efectoSensores de posición

(electromecánicos) 24

Ejemplo de interfaces

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Dispositivos y tecnologías de Automatización

Automatización implica la utilización y el conocimiento de

la Mecánica, Electrónica y de los Sistemas Informáticos

esComputador

oladoresMicrocontr

(PLC´s) Autómatas

Programada Tecnología

sPLD' relés, de Sistemas

modulares oselectrónic Sistemas

neumática Lógica

Cabledada Tecnología

Control de Parte

etc. ratones, Teclados,

botoneras cuadros, Pupitres,

ssipnóptico control, de Pantallas

M-H Interfaz

...

Bobinas

eléctricos Motores

shidráulico motoresy Cilindros

neumáticos motoresy Cilindros

Actuadores

presión... de sLimitadore

ACmotor de esArrancador

neumáticos oresDistribuid

relés ,eléctricos Contadores

velocidadde Variadores

Potencia

ros...Caudalímet

ra temperatude Sensores

Cámaras

Preostatos

posición de Detectores

presencia de Detectores

Sensores

Operativa Parte

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MECÁNICA

ELECTRÓNICA

INFORMÁTICA

Soluciones a los problemas de automatización

Cableada: el automatismo se realiza a base de uniones físicas (cableado)

Programada: el automatismo se realiza mediante la confección de un

programa

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Tecnología cableada

No están adaptadas a funciones de control complejo

Poco flexible ante modificaciones o ampliaciones

Difícil la identificación y resolución de averías

Ocupan en general mucho espacio

28

Ejemplo de tecnología cableada

29

Ejemplo de tecnología programada (S7)

30

Ejemplo de tecnología programada (S7)

31

Ejemplo de tecnología cableada

32

33

Ejemplo de tecnología cableadaLeyenda:

QM1: Interruptor

magnetotérmico.

KM1: Contactor 1

KA1: Relé auxiliar de 24 v

accionado

por barrera fotoeléctrica

FR1: Relé térmico

M1: Motor trifásico escalera

KT1: Temporizador

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Leyenda:

QM1: Interruptor

magnetotérmico.

KM1: Contactor 1

KA1: Relé auxiliar de 24 v

accionado

por barrera fotoeléctrica

FR1: Relé térmico

M1: Motor trifásico escalera

KT1: Temporizador

Ejemplo de tecnología cableada

http://olmo.pntic.mec.es/jmarti50/esquemas/es28.htm

Tecnologías programables

Inconvenientes de las tecnologías programables:

Poco aptas para el entorno industrial

Personal especializado

Elevado coste del equipo y mantenimiento

Superación de los inconvenientes: PLC

Adaptado al entorno industrial

Programable por el personal de operación

Reutilizable

Fácil mantenimiento

35

Autómatas programables

36

Autómatas programables

37

Ejemplo de tecnología programable

ROBOTS

INDUSTRIALES

38

Transición cableada/programable

39

Transición cableada/programable

40

Mercado internacional de PLCs

41

Projected size of the global programmable logic

controller (PLC) market from 2014 to 2018 (in billion

U.S. dollars)

Key vendors

•Mitsubishi•Rockwell•Schneider•Siemens

Other prominent vendors in the

market include ABB, Beckhoff,

Bosch Rexroth, GE, Hiquel,

Honeywell, IDEC, Keyence,

Hitachi, Koyo Electronics,

Omron, Panasonic, Toshiba,

and Yokogawa.

Sistema es una entidad formada por un conjunto deelementos o componentes básicos, y por lasrelaciones existentes entre ellos, así como con elentorno. Estas relaciones se expresan formalmenteempleando lenguaje matemático.

Sistemas

Sistema

x1(t)x2(t)x3(t)

xn(t)

y1(t)y2(t)y3(t)

ym(t)

(y1(t), y2(t),…, ym(t)) = f (x1(t), x2(t),…, xn(t))

42

Un sistemas de control es aquel en el que las variables desalida se comportan según las órdenes dadas por lasvariables de entrada

Sistemas de control

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Control en serie

Componentes principales:

• Sistema

• Modelo

• Actuador

Modelo inverso

Actuador Sistema+Referencia Salida

Perturbaciones

Acción de control

Flujo de energía

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Control por realimentación

Componentes principales:

• Sistema

• Regulador

• Actuador

• Sensor

Regulador Actuador Sistema

Sensor

-

+Referencia Salida

Perturbaciones

Acción de control

Flujo de energía

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Tipos de señales de control

Analógico

Señales continuas

Discretización

Binarias

Todo/nada (0/1)

C. D/A PLANTA

T

ku kyx(t) y(t)

CONT. kU

Sensor

T-

ky

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Tipos de señales de control

Analógico

Señales continuas

Discretización

Binarias

Todo/nada (0/1)

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Control secuencial & digital directo

Computator

(sistema discreto)

Planta

(discreta)

Captadores

digitales

Actuadores

digitales

E/S digitales

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Tipos de control

Control todo-nada versus control continuo

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