AUTOMATIZACIÓN EN PLANTAS INDUSTRIALES

1.-DEFINICION:

La automatización Industrial es un conjunto de técnicas basadas en sistemas capaces de recibir información del proceso sobre el cual actúan, realizar acciones de análisis, organizarlas y controlarlas apropiadamente con el objetivo de optimizar los recursos de producción, como los materiales, humanos, económicos, financieros, etc. La automatización de una empresa dependiendo del proyecto puede ser parcial o total, y se puede ajustar a procesos manuales o sami automáticos.

La automatización de las plantas industriales es un aspecto muy importante en el crecimiento de las empresas ya que se ven en la necesidad de:

Reducir los costos de ingeniería, operaciones y mantenimiento. Maximizar la eficiencia de la planta y la producción. Mejorar la calidad en la producción. Proteger al personal, a los activos de la planta y al medio ambiente. Maximizar el retorno de inversión. Incrementar la demanda del producto. Optimizar el consumo de energía.

La principal razón de automatizar es el incremento de la productividad, ello se logra racionalizando las materias primas e insumos, reduciendo los costos operativos, reduciendo el consumo energético, incrementando la seguridad de los procesos, optimizando el recurso humano de la empresa y mejorando el diagnostico, supervisión y control de calidad de la producción.

2.- CLASIFICACION DE LA AUTOMATIZACION Automatización de fábrica.

– Empaquetadoras – Clasificadoras – Ensambladoras

Automatización de procesos. – Ingenios azucareros –Petroleras – Explotación de minas

3.- NIVELES DE AUTOMATIZACION

Operación manual.Se elaboran piezas sin recurrir a máquinas. El ser humano realiza las operaciones usando Herramientas. Es responsable de seguir el orden correcto de operaciones.Dar forma a una pieza con lima.

Mecanizado.La máquina realiza la operación, sin embargo el ser humano opera la máquina y es responsable de seguir la secuencia de operaciones.Mecanizado de piezas con torno convencional.

Automatización parcial. La máquina realiza varias operaciones en secuencia y de forma autónoma, pero necesita de la intervención humana para poner y retirar piezas.Dobladora automática.

Automatización total : La máquina es totalmente autónoma. No necesita intervención humana. El operador realiza tareas de supervisión y mantenimiento preventivo.Centro de maquinado con alimentador automático.

Integración .

Todas las máquinas están interconectadas y trabajan cooperativamente. La intervención humana es requerida a nivel gestión y planeación estratégica

4.- SENSORES Y TRANSDUCTORES EN AUTOMATIZACION

Elementos que convierten magnitudes físicas en magnitudes eléctricas, que luego son transferidas a la parte de mando, para así conocer el estado del sistema.TIPOS • Inductivos• Capacitivos• Ópticos• Magnéticos• UltrasónicoAPLICACIONES• Presencia•Nivel•Presión• Temperatura•Flujo•PH

ACTUADORESNeumáticos – Hidráulicos - EléctricosTransforman la energía en trabajo.• Fuerza lineal o giratoria.• Movimiento lineal o giratorio.• Capacidad de regulación.• Acumulación de energía y transporte.• Aspectos ambientales.• Costes de energía.

CONTROLADORES

La tecnología de Control Industrial es una de las partes fundamentales para llevar a cabo lo que se llama Automatización Industrial Integrando elementos como:

Sensores (electrónica). Actuadores (hidráulicos o neumáticos). PLC (Controladores Lógicos Programables).

Los dispositivos de control automático con las máquinas, herramientas y el recurso humano en una planta productiva se llega a desarrollar lo que se llama un proceso productivo automatizado

PLCControlador Lógico Programable• Entradas• Proceso•Salida• Almacenamiento• Temporizadores• Contadores• Comparadores• Operaciones numéricas• Funciones especiales• Comunicación

5.-AHORROS QUE PRODUCE LA AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

Seguridad Ahorros estimados en: compra de implementos de seguridad para trabajos en zonas peligrosas (cascos, botas, guantes, iluminación, trajes especiales, arneses, etc.), seguros de vida, hospitalización y accidentes, indemnizaciones a familiares, costos de representación legal, multas provenientes de organismos reguladores de la actividad laboral, tiempo fuera de servicio de los equipos al producirse un accidente, reemplazo o reparación de equipos afectados.

Calidad Ahorros estimados en: "Retrabajo" o reparación de piezas, reducción de la frecuencia de los servicios de mantenimiento, reparación y garantías ofrecidos al cliente, aumento de la demanda debido a la mejora esperada de la calidad del producto, disminución de la devolución de artículos por parte del consumidor, aumento de la demanda por parte de clientes nacionales y/o internacionales debido a la continuidad en el cumplimiento de las especificaciones, ingreso a nuevos mercados y aumento de la demanda al obtener una certificación por parte de un organismo supervisor de calidad.

Mercadeo y Productos Ahorros estimados en: disminución del tiempo de respuesta de la producción a la variación de la demanda (almacenaje, materias primas empleadas, etc.), disminución del tiempo de respuesta a los cambios de gusto del consumidor, demanda estimada de una nueva línea de productos, aumento de ingresos debido al aumento de la capacidad de producción.

Logística Ahorros estimados en: disminución de los costos de almacenamiento e inventarios, disminución de los costos operacionales y el tiempo de procesamiento de órdenes de compra, originados por el "papeleo", demanda estimada a causa de la reducción de los tiempos de entrega.

Desechos Ahorros estimados en: disminución del almacenamiento de productos de desecho, utilización más eficiente de la materia prima y de la energía, disminución en los costos involucrados en la eliminación o transporte de los desperdicios.

Ambiente Ahorros estimados en: disminución de la generación de desechos tóxicos, con la correspondiente disminución de los gastos de: tratamiento, eliminación, transporte, almacenaje, efectos sobre el personal, efectos sobre la comunidad, etc., disminución o eliminación de multas por contaminación del ambiente, disminución de gastos de representación legal en el caso de violación de regulaciones ambientales, disminución de gastos médicos e indemnizaciones a las personas.

Laboral Ahorros estimados en: sueldos y salarios del personal asociado al proceso a automatizar, promociones, seguro social, prestaciones, pensiones, bonos, sobretiempos y otros ingresos del personal, paro de la producción, producción fuera de especificaciones, daño de equipos, tiempo de respuesta, y otros originadas por errores humanos.

Energía Ahorros estimados en: disminución o uso más eficiente de la energía (eléctrica ó provenientes de combustibles), disminución de los costos al utilizar una fuente alterna de energía.

6.- EGRESOS QUE PRODUCE LA AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

a) Costo inicial de los equipos y del software, costo de los repuestos para el equipo.

b) Mantenimiento del sistema y actualizaciones del software y del hardware del sistema, costo de la ingeniería, construcción, pruebas en fábrica, pruebas en sitio, arranque y puesta en marcha, pruebas de disponibilidad, actualización de documentos y auditoria del sistema, costos de nacionalización de equipos importados.

c) Impuestos asociados a la compra, seguros, fianzas, embalaje y transporte de los equipos, costo de entrenamiento del personal que se encargará del sistema

y costo de la inducción de la organización al nuevo esquema de trabajo, costos de viáticos de alimentación y transporte, costos de instalación del sistema (cableado, gabinetes, conexiones, desmovilización de equipos existentes).

d) Estimación de las paradas de planta o disminución en la producción a ser generadas durante el arranque y puesta en marcha del sistema, costos de servicios asociados al nuevo sistema: energía eléctrica, iluminación y aire acondicionado.

e) Adecuación de los sitios donde serán ubicados los diferentes elementos del sistema, costos asociados a la documentación inicial del sistema, actualización de la documentación y planos en el tiempo de vida útil, costos asociados al control del proyecto

7.-SINGNIFICACION DE LA AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

Para los administradores de plantas

Garantizar la seguridad del personal, de la planta y del medio ambiente. Perfeccionar el uso de activos. Mejorar la rentabilidad de la planta. Reducir el impacto ambiental. Optimizar le eficiencia de la ingeniería

Gerentes de operaciones

Mejorar la disponibilidad de la planta. Optimizar los costos mientras se mantiene el nivel de calidad adecuado. maximizar las eficiencias de la producción.

Para los equipos de ingeniería

Implementar la estandarización y garantizar que se cumplan los estándares. Reducir los tiempos de ingeniería para acelerar los programas de ejecución. Gestionar los equipos de ingeniería locales y remotos. Administrar todo el sistema desde una ubicación única.

Para los operarios de plantas

Asegurar la estabilidad del proceso. Anticipar las fallas de los procesos. Dar prioridad a las acciones. Actuar en casos o alertas importantes.

Para los equipos de mantenimiento

Implementar programas de mantenimiento efectivos. lo más rápido posible. Identificar la causa principal de los problemas. Estandarizar los procesos de mantenimiento.

8.-VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA AUTOMATIZACIÓN

Ventajas:

Permite aumentar la producción y adaptarla a la demanda. Disminuye el coste del producto. Consigue mejorar la calidad del producto y mantenerla constante. Mejora la gestión de la empresa. Disminuye de la mano de obra necesaria. Hace más flexible el uso de la herramienta.

Inconvenientes:

• Incremento del paro en la sociedad.

• Incremento de la energía consumida por producto.

• Repercusión de la inversión en el coste del producto.

• Exigencia de mayor nivel de conocimientos de los operarios.

9.-TIPOS DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

Automatización fija: Consiste en una fabricación continua del mismo producto en grandes cantidades. Las características típicas son:

Fuerte inversión inicial para equipo de ingenieríaAltos índices de producciónRelativamente inflexible en adaptarse a cambios en el producto

Automatización programable: Realiza la fabricación de pocos productos en Pequeñas cantidades y costes bajos, permitiendo una fácil programación y la realización de diferentes tareas. Está dotada de una gran flexibilidad que da lugar a una gran cantidad de información que es manejada por el ordenador. Las características típicas son:

Fuerte inversión en equipo generalÍndices bajos de producción para la automatización fijaFlexibilidad para lidiar con cambios en la configuración del productoConveniente para la producción en montones

Automatización flexible. Surge con el objetivo de subsanar algunas de las deficienciasPresentadas por la automatización programable. Está capacitada para producir cambiosEn los programas y en la relación existente entre los elementos del sistema de Fabricación. Un ejemplo de automatización flexible son las máquinas de control Numérico .Las características típicas pueden resumirse como sigue:

Fuerte inversión para equipo de ingenieríaProducción continua de mezclas variables de productosÍndices de producción mediaFlexibilidad para lidiar con las variaciones en diseño del producto

Automatización integrada.

Su objetivo es la integración dentro del sistema productivo De los distintos tipos de automatización. Presenta las siguientes características o Se reduce el tamaño de los lotes o Existe una mayor diversificación del producto en muchos casos superior a la automatización flexible. O Permite agilizar los plazos de entrega del producto.Para la automatización de procesos, se desarrollaron máquinas operadas con Controles Programables (PLC), actualmente de gran ampliación en industrias como la textil y la alimentación. Para la información de las etapas de diseño y control de la producción se desarrollaron programas de computación para el dibujo (CAD), para el diseño (CADICAE), para la manufactura CAM, para el manejo de proyectos, para la planeación de requerimientos, para la programación de la producción, para el control de calidad, etc.Para países desarrollados la Información amplia enormemente la capacidad de controlar la producción con máquinas de control computarizado y permite avanzar hacia mayores y más complejos sistemas de automatización, unas de cuyas expresiones más sofisticadas y más ahorradoras de trabajo humano directo son los robots, los sistemas flexibles de producción y los sistemas de automatización integrada de la producción (computer integrad manufacturing CIM).

Funcionamiento:

Mediante la utilización de captadores o sensores (que son esencialmente instrumentos de medición, como termómetros o barómetros), se recibe la información sobre el funcionamiento de las variables que deben ser controladas (temperatura, presión, velocidad, espesor o cualquier otra que pueda cuantificarse), esta información se convierte en una señal, que es comparada por medio de la computadora con la norma, consigna, o valor deseado para determinada variable. En la práctica, la automatización de la industria alcanza diferentes niveles y grados ya que la posibilidad concreta de su implementación en los procesos de fabricación industrial varía considerablemente según se trate de procesos de producción continua o en serie. Por su parte, la producción en serle está formada por diversas operaciones productivas, generalmente paralelas entre si o realizadas en diferentes períodos de tiempos o sitios de trabajo, lo que ha dificultado la integración de líneas de producción de automatización.

Desde mediados de los años setenta las posibilidades de automatización integrada han aumentado rápidamente gracias a lo adelantos en la robótica, en las máquinas- herramienta de control numérico computarizado (CNC), en los sistemas flexibles de producción, y en el diseño y manufactura asistidos por computadora (CAD/CAM).

DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA (CAD)Actividad de diseño que involucra el uso eficiente de la computadora para crear, modificar y documentar un diseño y esta asociado con el uso de sistema de gráficos computarizados interactivos para realizar el proceso de diseño.

MANUFACTURA ASISTIDA POR COMPUTADORA (CAM)Uso eficiente de la tecnología computacional para planear, manejar y controlar la función de manufactura.

CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO (CNC):

El Control Numérico o C.N.C. se utiliza para ejercer el control de una máquina-herramienta a través de un autómata programable u ordenador mediante un programa escrito previamente introducido, lo que implica el conocimiento de un determinado lenguaje de programación. Hoy día resultan imprescindibles en la industria de mecanizado moderna, aportando su innegable eficacia en aspectos como exactitud, uniformidad y mecanizado de piezas complejas.

10.- GRADO DE AUTOMATIZACIÓN:

La importancia de la automatización, se distinguen los siguientes grados:

- Mayor utilización de una máquina, mejorando del sistema de alimentación.- Posibilidad de que un hombre trabaje con más de una máquina.- Coordinar o controlar una serie de operaciones y una serie de magnitudes

simultáneamente.- Realizar procesos totalmente continuos por medio de secuencias programadas.- Procesos automáticos en cadena errada con posibilidad de autocontrol y auto

corrección de desviaciones.- a los trabajadores.

8-Elementos de una Instalación Automatizada:

Maquinas: Son los equipos mecánicos que realizan los procesos, traslados, transformaciones, etc. de los productos o materia prima.

Accionadores: Son equipos acoplados a las máquinas, y que permiten realizar movimientos, calentamiento, ensamblaje, embalaje. Pueden ser:

Accionadores eléctricos: Usan la energía eléctrica, son por ejemplo, electro válvulas, motores, resistencias, cabezas de soldadura, etc.

Accionadores neumáticos: Usan la energía del aire comprimido, son por ejemplo, cilindros, válvulas, etc.

Accionadores hidráulicos: Usan la energía de la presión del agua, se usan para controlar velocidades lentas pero precisas.

Pre accionadores: Se usan para comandar y activar los accionadores. Por ejemplo, contactores, switchs, variadores de velocidad, distribuidores neumáticos, etc.

Captadores: Son los sensores y transmisores, encargados de captar las señales necesarias para conocer los estados del proceso, y luego enviarlas a la unidad de control.

interfaz hombre-máquina: Permite la comunicación entre el operario y el proceso, puede ser una interfaz gráfica de computadora, pulsadores, teclados, visualizadores, etc.

elementos de mando: Son los elementos de cálculo y control que gobiernan el proceso, se denominan autómata, y conforman la unidad de control.

Los sistemas automatizados se conforman de dos partes: parte de mando y parte operativa:

PARTE DE MANDO: Es la estación central de control o autómata. Es el elemento principal del sistema, encargado de la supervisión, manejo, corrección de errores, comunicación, etc.

PARTE OPERATIVA: Es la parte que actúa directamente sobre la máquina, son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice las acciones. Son por ejemplo, los motores, cilindros, compresoras, bombas, relés, etc.

11.-REQUISITOS PÀRA AUTOMATIZAR UNA PLANTA

Compatibilidad electromagnética: Debe existir la capacidad para operar en un ambiente con ruido electromagnético producido por motores y máquina de revolución. Para solucionar este problema generalmente se hace uso de pozos a tierra, para los instrumentos estabilizadores ferro resonantes para las líneas de energía, en algunos equipos ubicados a distancias grandes del tablero de alimentación (>40m) se hace uso de celdas apantalladas.

Expansibilidad y escalabilidad: Es una característica del sistema que le permite crecer para atenderlas ampliaciones futuras de la planta, o para atender las operaciones no tomadas en cuenta al inicio de la

automatización. Se analiza bajo el criterio de análisis costo-beneficio, típicamente suele dejarse una reserva en capacidad instalada ociosa alrededor de 10% a 25%.

Manutención: Se refiere a tener disponible por parte del proveedor, un grupo de personal técnico capacitado dentro del país, que brinde el soporte técnico adecuado cuando se necesite de manera rápida y confiable. Además implica que el proveedor cuente con repuestos en caso de que sean necesarios.

Sistema abierto: Los sistemas deben cumplir los estándares y especificaciones internacionales. Esto garantiza la interconexión y compatibilidad de los equipos a través de interfaces y protocolos, también facilita la interoperabilidad de las aplicaciones y el traslado de un lugar a otro.

12.-TECNOLOGÍAS PARA LA AUTOMATIZACIÓN

Neumática. Este proceso de automatización se destaca por máquinas que utilizan el aire comprimido para trabajar, hay que tomar en cuenta dos las máquinas que producen el aire comprimido y aquellas que lo utilizan, aquellas que lo producen se llaman compresores. Anteriormente se usaban pistones para comprimir el aire, ahora los compresores modernos utilizan dos tornillos giratorios para comprimirlo en un solo paso. Obviamente estas máquinas utilizan el aire como su materia prima, aunque este puede ser tratado para una mayor pureza y mejor trabajo.

Principalmente la neumática se utiliza para accionar herramientas rotativas como desarmadores y taladros neumáticos, equipos de percusión como rompedoras, así

como también en equipos de pintura. La presión comúnmente utilizada para trabajar es de 7 Atmósferas.

Hidráulica – Son aquellas máquinas que usan fluidos para trabajar, usando mayormente áreas para moderar las potencias. En este proceso de neumática se utilizan distintos tipos de fluidos para obtener una alta relación de potencia y aceleración en pocas áreas, utilizan la incompresibilidad de los líquidos para generar grandes cantidades de potencia en muy poco tiempo. Por este mismo hecho se usan máquinas neumáticas donde se requiere mucha potencia. utilizar distintos tipos de aceites para trabajar, entre ellos destacan tres tipos, mezclas de aceites minerales, mezclas de agua-aceites y aceites sintéticos, además, estos tienen una doble función, aparte de generar potencia, también funcionan como lubricantes. Algunas de las máquinas que utilizan principalmente la hidráulica son las grúas, equipos de perforación, taladros y equipos de minería.

Mecánica Es el uso de máquinas automáticas para sustituir principalmente las acciones humanas. Este tipo de automatización se utiliza principalmente para sustituir las acciones humanas. Estás máquinas transforman la energía eléctrica en energía mecánica para desarrollar algún trabajo para el cual fueron diseñadas, este tipo de máquinas se usan generalmente para trabajos que son repetitivos como los de corte, moldeo y troquelado entre otros, y también en aquellos tipos de trabajos que ponen riesgo la vida del trabajador.

Electrónica se utiliza en la aplicación de dispositivos, por lo general circuitos electrónicos, cuyo funcionamiento depende del flujo de electrones para la generación, transmisión, recepción, almacenamiento de información, entre otros. Esta información puede consistir en voz o música como en un receptor de radio, en una imagen en una pantalla de televisión, o en números u otros datos en un ordenador o computadora.

Los circuitos electrónicos ofrecen diferentes funciones para procesar esta información, incluyendo la amplificación de señales débiles hasta un nivel que se pueda utilizar; el generar ondas de radio; la extracción de información, como por ejemplo la recuperación de la señal de sonido de una onda de radio (demodulación); el control, como en el caso de introducir una señal de sonido a ondas de radio (modulación), y operaciones lógicas, como los procesos electrónicos que tienen lugar en las computadoras.

Componentes electrónicos

Tubos de vacío

Transistores Circuitos integrados Resistencias Bobinas Dispositivos de detección y transductores

ElectricidadLos componentes eléctricos son los más comunes en todo tipo de industria. En los siguientes puntos comentaremos sobre aquellos componentes que son necesarios en cualquier sistema de automatización.

MOTORES C.A.Los motores de inducción son los más empleados de todos los tipos, por su poco mantenimiento y robustez.Entre los diferentes tipos de motores de c.a. que han aparecido en el mercado para variar la velocidad, ninguno ha sido aceptado por la industria Tanto que aún se buscan los motores de rotor devanado para arranques pesados y un control burdo de velocidad, lo que es suficiente en algunas aplicaciones.MOTORES C.D.Han caído en desuso en nuestro país por la gran difusión de los inversores electrónicos como medio para variar la velocidad de motores, lo que anteriormente fue reino del motor de c.d. en su totalidad.

SERVOMOTORESEsta clase de motores han proliferado en gran medida con la automatización. Ya sea con tacómetro o más aún con codificador de posición para la retroalimentación de velocidad y/o posición al control electrónico.

13.-APLICACIONES DE LOS ROBOTS. EN LA AUTOMATIZACION

Una las principales razonas por la que los robots se han incluido en el desarrollo de la industria ha sido la intención de minimizar los riegos que implican algunas actividades para el ser humano. Resulta lógico el reemplazo de los humanos por robots en estos ambientes. Sin embargo las características generales de una situación de trabajo industrial que tienden a promover la sustitución de humanos por robots son:

Ambientes riesgosos.Trabajo de repetición cíclica: más consistencia y rapidez que un humano.

Dificultad de manejo de herramientas por parte de los seres humanos: en el caso de herramientas pesadas o difíciles de manipular.Muti operaciones: en estos casos, la máquina llega a sustituir varios trabajadores, no sólo uno.Posiciones y orientación establecidas: Tiene mayor grado de exactitud.

Tipos de aplicaciones de los Robots:

1. Aplicaciones de la dirección de material.

Las aplicaciones de dirección de materiales se refieren a aquellas en las que el robot mueve materiales o partes de una locación y orientación a otra. Para esta actividad se incluyen dos casos:

a) Transferencia de material.

El propósito principal es que el robot tome una parte de una locación y las coloque en la siguiente locación. Robots de potencia neumática son los que se usan frecuentemente para esta actividad. Entre estas actividades se incluyen: apilamiento de material, ordenamiento en compartimentos de cajas con divisiones.

b) Carga y descarga.

El robot transfiere partes de una máquina de producción.

Hay tres casos:

Carga. Descarga. Ambas.

Aplicaciones:

En el modelado de plástico para vaciad de material y extracción del producto. En las máquinas que operan metales. En máquinas compresoras: colocan el material y lo descargan cuando termina la operación.

2. Operaciones de Procesos.

En la que el robot participa en la realización de algún proceso.

Ejemplos: Soldadura de punto, pintado con spray, maquinación, utilización de agujas, etc.

En el proceso de pintado se apunta la pistola de pintura directamente al objeto que se va a cubrir. La pintura fluye por el tubo de la pistola de spray para ser dispersada y aplicada sobre la superficie del objeto. En este caso se reduce incluso los riesgos que pueden atentar contra la salud de un ser humano.

La anatomía más común de esta máquina, incluye brazos. Utiliza generalmente programas de configuración que corresponden a la figura que van a pintar.

Beneficios: Más uniformidad, menor cantidad de pintura que a la larga reduce los costos, menor necesidad de ventilación al no tener el riesgo de que una persona salga perjudicada por la falta de esta y una mayor cantidad de productividad.

Otras aplicaciones: mediante el uso de brochas especiales, rodillos se logra hacer otro tipo de procesos de pintado, existen robots que se enfocan en el cortado de algunos elementos. Se incluyen procesos de cortado con agua a presión o con láser.

3. Ensamble e inspección. En algunos aspectos este proceso es un híbrido de los dos anteriores, ya que se requiere tanto de dirección de material como de la manipulación de alguna herramienta. Por un lado se aplica la dirección de material para el ensamble del producto y en ocasiones para los componentes se requiere del manipuleo de alguna herramienta. De manera similar la inspección también requiere de manipuleo de herramientas y direccionamiento de material.

Ensamble: Involucra la adición de dos o más partes para formar una nueva entrada. Por su importancia económica, los métodos de automatización se han aplicado a las operaciones de ensamble.

En general las máquinas ensambladoras son pequeñas y aguantan poco peso. Inspección: Se asegura de que los procesos por los que pasó el producto estén completos, checa que el ensamble haya sido de acuerdo a las especificaciones, identifica el tipo de materiales y termina las partes.