Conceptos Fundamentales de Automatización Industrial

Autómata Programable (PLC)

Un Autómata Programable (PLC) es una máquina electrónica diseñada para entornos industriales. Utiliza una memoria programable para almacenar instrucciones que permiten implementar soluciones y controlar procesos de entrada y salida.

Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA)

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) es un software especializado en sistemas de supervisión y explotación. Permite desarrollar aplicaciones personalizadas como sinópticos, gestión de alarmas y representación avanzada de datos.

Ciclo de Scan del PLC

El ciclo de scan se produce cuando el PLC está en modo «run» y ejecuta cíclicamente un programa de control almacenado en su memoria. Consta de cuatro fases:

• Lectura de entradas del PLC.
• Ejecución del programa de control.
• Escritura de las salidas del PLC.
• Tareas internas del PLC.

Perro Guardián (Watchdog)

El perro guardián (watchdog) es una herramienta que configura un tiempo máximo para el ciclo de scan. Si un ciclo excede este tiempo, el PLC lo detecta y emite una señal de error. La duración del ciclo de scan es la suma de las cuatro fases. Si esta duración supera el tiempo configurado en el perro guardián, el PLC genera una señal de error que el programador debe gestionar.

Reguladores PID

Los Reguladores PID son los controladores lineales más populares, proporcionando rapidez, precisión y estabilidad en la mayoría de los procesos industriales, tanto autoregulables como no autoregulables. Combinan tres acciones de control:

• Acción Proporcional (P): La variable de salida del controlador u(t) es proporcional al error e(t), es decir, a la desviación de la señal controlada respecto a la referencia. u(t) = k * e(t)
• Acción Integral (I): Acción lenta pero efectiva para eliminar el error estacionario (offset). Es proporcional a la integral del error: u(t) = (1/Ti) ∫e(t)dt
• Acción Derivativa (D): Responsable de reducir el error de variación a lo largo de la trayectoria.

El esquema de funcionamiento es: error de ejecución → PID → señal de control → preaccionador/accionador → proceso → variables reguladoras → sensor.

Propiedades de los Fluidos Hidráulicos

Densidad

La densidad (ρ) de un fluido hidráulico se define como ρ = m/V (kg/m³). La compresión de los aceites hidráulicos se considera despreciable, por lo que la densidad del fluido no varía significativamente con la presión.

Principio de Pascal

El Principio de Pascal establece que la presión aplicada a un fluido confinado se transmite íntegramente en todas las direcciones y ejerce fuerzas iguales sobre áreas iguales, actuando estas fuerzas normalmente a las paredes del recipiente. P1 = F1/A1, P2 = F2/A2, P3 = F3/A3, por lo tanto, F1/A1 = F2/A2.

Componentes de Sistemas de Control

Contactores

Un contactor es un elemento de accionamiento electromagnético con una posición de reposo. Su función es establecer la corriente de alimentación de un dispositivo eléctrico (generalmente un motor) al ser accionado, o modificar la forma en que se alimenta el dispositivo.

Relés

Los relés se utilizan para la apertura y cierre de válvulas de proceso. Existen varios tipos:

• Relés de Conmutación: Interruptores accionados por electroimán que abren o cierran sus contactos al alimentar su bobina.
• Relés Temporizados: Relés de retardo a la conexión que abren o cierran sus contactos después de un tiempo determinado desde que se les da la orden.

Esquema General de un Sistema de Control

Supervisión

Panel de mando, terminales, PC + SCADA, base de pulsadores, interruptores, conmutadores, teclados, visualizaciones, pantallas táctiles.

Control

Automatismos eléctricos, electrónicos, neumáticos, hidráulicos y mecánicos, PLCs, PC + tarjeta ES, microcontroladores, reguladores digitales.

Preaccionadores

Contactor, relé, convertidor de frecuencia, variador de velocidad, electroválvulas.

Accionadores

Resistencia, contactores, motores, cilindro neumático, válvulas de proceso.

Sensores

Termostato, medidor de nivel, final de carrera, fotocélula, pH-metro.

Válvulas Hidráulicas

Válvula Reductora de Presión

La válvula reductora de presión (normalmente abierta, NA) se utiliza para limitar la presión en una rama del circuito a un valor inferior al de la fuente de presión. El caudal pasa libremente a través de la válvula si la presión de salida es inferior a su taraje. Si lo sobrepasa, la corredera se desplaza disminuyendo el caudal procedente del sistema principal.

Válvula de Secuencia

La válvula de secuencia se utiliza para enviar fluido a un sistema secundario solo después de que un movimiento ha finalizado en el sistema primario. El paso a la línea secundaria está bloqueado hasta que la presión del sistema primario alcanza el valor ajustado en la válvula.

Válvula de Seguridad

La válvula de seguridad se conecta entre la salida de la bomba y el tanque. Es normalmente cerrada (NC) y se ajusta para que se abra a una presión ligeramente superior a la requerida para mover la carga. Esta válvula desvía el caudal de la bomba al tanque al llegar a esa presión.