Programación de Autómatas con ESP32 y Codesys
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Estructura general de un sistema automatizado

A partir de la estructura global de la pirámide CIM estudiada en el apartado anterior, un proceso industrial  se encuentra sobre los dos primeros niveles de la misma. Dejando aparte la integración de las redes de comunicación y los buses de campo que puedan integrarse en este nivel, y que serían parte de un estudio más amplio de las comunicaciones industriales, dicha disposición es la que se expone en la figura

En dicha estructura, se pueden observar los siguientes bloques:

  • Órganos de diálogo. Estos elementos permiten el diálogo bidireccional entre el operador y el proceso, enviando consignas y órdenes desde el operador hacia el proceso mediante pulsadores, interruptores, pantallas táctiles o teclados, mientras que el operador recibe la información del proceso a través de pilotos, balizas luminosas, indicaciones acústicas y registros en pantallas o en papel.
  • Preaccionadores. Generalmente, las señales de control, independientemente de la tecnología con la que estén implementadas, son señales de bajo nivel, mientras que las señales que realizan el estado físico requieren gran potencia. Esto obliga a una adaptación entre la parte de control y la parte de potencia. Esta función es la que cumplen los preaccionadores, que adaptan y separan las señales de control y de potencia. Dependiendo de la tecnología utilizada, se encuentran, entre otros, los contactores para el gobierno de elementos eléctricos, las válvulas distribuidoras para el gobierno de elementos neumáticos, las válvulas distribuidoras para el control de flujos de caudales, etc.
  • Accionadores o actuadores. Son los elementos que realizan físicamente el trabajo de producción. También, dependiendo de la tecnología con la que estén implementados, se encuentran elementos como los motores eléctricos aplicados para bombas, compresores, sistemas de agitación de una unidad de mezcla, apertura y cierre de válvulas, etc. Dentro de la tecnología neumática, se encuentran los cilindros neumáticos, pinzas neumáticas para la manipulación, motores para el mecanizado y el almacenamiento, etc.
  • Captadores. Mediante este tipo de elementos, el sistema y, por tanto, el operador, puede conocer la evolución del proceso. En cualquier caso, la variedad de estos elementos es notable en función del tipo de objeto o fenómeno físico que se desea detectar, tales como finales de carrera que suministran información de la presencia y la ausencia de objetos mediante el contacto físico, detectores de proximidad que cumplen la misma función pero sin ser necesario el contacto entre el objeto a detectar y el sensor o los detectores fotoeléctricos que permiten la creación de barreras de paso. También dentro de esta gama se encuentran todo el conjunto de sensores analógicos que permiten conocer parámetros físicos, como son la temperatura, la humedad, la composición, el nivel, etc.
  • Tratamiento de datos. En este bloque, se encuentra la inteligencia de todo el sistema; por una parte, recibe la información del operario desde los elementos de diálogo y, por otra, la información de cómo evoluciona el proceso en función del estado de los captadores. Con esta información y en función del sistema de control implementado (cableado o programado), emite las órdenes hacia los preactuadores, que activarán cada uno de los actuadores en función del objetivo a conseguir.

La estructura de un sistema a automatizar está ligada generalmente a un proceso dinámico que va evolucionando en el tiempo, de tal manera que las condiciones de trabajo dependen tanto del estado de cada una de las variables del proceso como del ciclo de trabajo que se haya definido para éste. Así, para dar una justificación más profunda sobre la necesidad de la automatización, en la siguietne figura se presenta un proceso de mezcla en el que se realizan una serie de operaciones y se expone su orden de ejecución. Todo ello ha sido estudiado previamente y aquí se supone que ha sido optimizado según las necesidades de producción. Se trata de la operación de mezcla de dos líquidos con la adición posterior de un sólido, en la que deben seguirse estrictamente los pasos indicados.

Las condiciones de operación han de ser las siguientes:

  1. Puesta en marcha en ciclo único o ciclo continuo del proceso.
  2. Adición de un volumen determinado del líquido A hasta el nivel L1.
  3. Puesta en marcha del agitador.
  4. Adición de un volumen determinado del líquido B hasta el nivel L2.
  5. Adición del sólido mediante la puesta en marcha temporizada de una cinta transportadora.
  6. Puesta en marcha del sistema de control de temperatura.
  7. Mantenimiento de una temperatura determinada durante un tiempo preestablecido.
  8. Desconexión del sistema de control de temperatura.
  9. Descarga de la mezcla con la válvula C hasta llegar al nivel LF.
  10. Cierre de la válvula C y vuelta a las condiciones iniciales del proceso.

Se observan las demandas del proceso, en las que se precisan tanto secuencias de operación como temporizaciones y condiciones para pasar de una operación a la siguiente; así como secuencias que se realizan en paralelo. También se debe indicar que en este proceso aparece un sistema realimentado de control de temperatura que permite ver la interacción entre el control de una operación y su automatización, aunque debe considerarse que, del control indicado, desde el punto de vista de la automatización, únicamente interesa si éste está en funcionamiento o no. Finalmente, una vez realizada la última operación, el sistema podría quedar en reposo, con lo que se estaría trabajando en un proceso de ciclo único, o se puede iniciar automáticamente un nuevo proceso, por lo que se estaría trabajando en un ciclo continuo.

En este ejemplo, se observan los siguientes elementos correspondientes a la estructura general de un proceso automatizado:

  • Diálogo hombre-máquina. Mediante pulsadores o paneles de operador, el usuario puede dar la instrucción de inicio del proceso.
  • Tratamiento de datos. Mediante la información suministrada por los detectores y diferentes elementos de adquisición de datos (sensores de nivel y sensores de temperatura), el sistema de tratamiento de los mismos genera las señales hacia los preactuadores de potencia que activan y desactivan la apertura o el cierre de las válvulas, el motor para el sistema de adición de sólidos, la activación del sistema de control de temperatura, etc.
  • Accionadores. Los elementos de trabajo realizan las acciones previstas, en función de las señales generadas por el sistema de tratamiento de datos, filtradas y transformadas por los preactuadores, tales como los motores de la cinta transportadora para la adición de sólidos y el agitador, las válvulas de adición de líquidos y la válvula de cierre.
  • Adquisición de datos. Los distintos detectores (sensores de nivel y sensores de temperatura), informan al sistema de los diferentes tratamientos de datos que llegan como informaciones del proceso.
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