273988449-AutomatizacionProcesosIndustriales-AlfaOmega

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PVí Ll" !- ' J 
UNIVERSIDAD 
POLI T ECN I C A 
DE VALENCI A 
G a r c í a " o r e n o 
Alfaome g a 
UNIVERSIDAD 
POLITECNICA 
DE VALENCI A 
• 
A U T O M A T I Z A C I Ó N 
D E P R O C t 
I N D U S T R I A L E S 
E m i l i o García M o r e n o 
t 
X . 
Alfaomeg a 
UNIVERSIDAD 
POLITECNICA 
DE VALENCI A 
© Emi l i o Garc ía Moreno 
Edic ión original publicada por 
© Universidad Politécnica de Valencia 
© 2001 ALFAOMEG A GRUPO E D I T O R , S. A. de C. V. 
Pi tágoras 1 139, Co l. Del Valle 03100, Méx i co, D. F. 
Miembro de la C á m a ra Nacional de la Industria Edi tor ial Mexicana 
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ISBN 970-15-0658-8 
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CONTENIDO 
1. Introducción a los Automatismos 3 
1.1. Antecedente s histórico s 5 
1.2. Lo s fundamento s moderno s de la Automátic a 7 
1 .2 .1 . El a ut om a t ism o se c ue nc ia l 9 
1.3. Model o estructura l de un Sistem a Automatizad o 10 
1 .3 .1 . Part e ope ra t iva : Sist e m a s d e Fabricació n 12 
1 .3 .1 .1 . Mode l o de Ent ra da -Sa l id a 13 
1.3 .1 .2 . La s de c isione s e n e l m und o d e la fabricació n 14 
1.3.2. T ipo s de Planta s d e Producció n 15 
1 .3 .2 .1 . Proc e so s de f lu j o c ont inu o 16 
1.3 .2 .2 . J o b Sho p 17 
1.3.2.3. La producció n po r lot e s 17 
1.3 .2 .4 . Línea s De dic a da s d e a l t o vo lum e n d e produc -
ción 18 
1.3.3. T ipo s d e disposic ione s e n pla nt a 19 
1 .3 .3 .1 . Disposició n d e posició n f i j a 19 
1 .3 .3 .2 . Disposició n d e proc e s o 19 
1 .3 .3 .3 . Disposició n d e f lu j o d e produc t o 20 
1 .3 .3 .4 . Disposició n po r tecnologí a d e grup o 2 1 
1.4. Part e de Contro l 21 
1 .4 .1 . Clasificació n tecnológic a 22 
1 .4 .1 .1 . Lógic a c a ble a d a 22 
1 .4 .1 .2 . Lógic a progra m a d a 2 3 
1.5. Nivele s de automatizació n 24 
1 .5 .1 . N ive l e le m e nt a l 24 
1.5.2. N ive l int e rm e di o 25 
1 5 .3 . T e rc e r nive l 25 
1 .5 .3 .1 . Cont ro l c e nt ra l iza d o 26 
1 5 .3 .2 . Cont ro l m ult ic a p a 26 
1 5 .3 .3 . Cont ro l jerárquic o 27 
1.5.3.4. Cont ro l dist r ibuid o 27 
1 5 .4 . Cua rt o n ive l . . 2 9 
1.6. Concept o CIM: L a Automatizació n Integrad a po r 
Computado r 
1 .6 .1 . N ive l O 
1.6.2. N ive l 1 
1.6.3. N ive l 2 
1.6.4. N ive l 3 
1.6.5. N ive l 4 
30 
31 
31 
31 
32 
33 
mediant e 
2. Análisis y Síntesis de los Automatismos 39 
2.1. Introducció n 41 
2.2. Algebr a boolean a 41 
2 .2 .1 . Concept o de va ria bl e boole a n a 41 
2.2 .2 . Concept o de funció n boole a n a 42 
2.2.3. Ope radore s boole a no s 43 
2.2.4. Teorema s de M ORGA N 47 
2.2.5. Func ione s lógica s de r iva da s 47 
2.3. Análisi s de Automatismo s Combinacionale s y 
Secuenciale s 50 
2.4. Automatismo s Combinacionale s 5 1 
2 .4 .1 . Minimizació n de func ione s lógica s 5 1 
2.4.2. Utilizació n de func ione s sum a d e produc to s y 
2 
producto s de suma s 5 1 
4.3. Mapa s de Karnaug h 5 4 
2 .4 .3 .1 . Tabla s de K a rna ug h de cua t r o va riable s 57 
2.4.4. Método de Karnaug h m e dia nt e e x pre sione s maxter m 58 
2 .4 .4 .1 . "Término s No Importan " en la s t abla s de 
Karnaug h 6 1 
2.4.5. Ejemplo s de automat ismo s combinac iona le s 6 1 
2.5. Automatismo s Secuenciale s 6 4 
2 .5 .1 . Diseño de automat ismo s secuenc ia le s mediant e la 
Tabl a de Fase s 6 7 
2.6. Representació n de los Automatismo s 7 2 
2 .6 .1 . Lógic a de contacto s 7 3 
2 .6 .1 .1 . Elemento s de Entrad a 7 4 
X I I UPV-CFP 
2.6.2. Elemento s de Salid a 
2.6.3. Asociació n de elemento s 
2.6.4. Funció n lógic a O (+) 
2.6.5. Funció n lógic a Y (•) 
2.6.6. Funció n O lógic a de func ione s Y 
2.6.7. Funció n Y lógic a de func ione s O 
2.6.8. Código s binario s 
2.7. Dispositivo s funcionale s para la automatizació n 
2 .7 .1 . Disposit ivo s mult ivibradore s 
2 .7 .1 .1 . Mult ivibrado r biestabl e 
2 .7 .1 .2 . Mult ivibrado r monoestabl e 
2 .7 .1 .3 . Mult ivibrado r astabl e 
2 .7 .2 . Disposit ivo s de temporizació n 
2.7.3. Disposit ivo s contadore s 
2 .7 .4 . Disposit ivo s de desplazamient o 
2 .7 .5 . Disposit ivo s gene radore s de impuls o 
2 .7 .6 . Disposit ivo s comparadore s 
2 .7 .7 . De tec tore s de flanc o 
3 . Sensores y Transductores 
3.1. Introducció n 
3 .1 .1 . De finic ione s 
3.2. Principio s de transducció n 
3.3. Clasificació n de lo s transductore s 
3 .3 .1 . Característica s de lo s t ra nsduc t ore s 
3 .3 .1 .1 . Característica s estática s 
w 
3 .3 .1 .2 . Característica s de fia bil ida d 
3.4. Calibració n estátic a de lo s transductore s 
3 .4 .1 . Linealizació n po r punt o f ina l 
3 .4 .2 . Linealizació n po r línea independient e 
3 .4 .3 . Linealizació n po r mínimo s cuadrado s 
3.5. Transductore s específico s 
3.6. Transductore s de Temperatur a 
3 .6 .1 . Te rm istore s 
UPV-CFP 
Robótica y Automática 
3.6.2. Detectore s de tempera tur a resist ivo s (RTD) 112 4 
3.6.3. Termopare s 112 
3 6 3 .1 . Circuito s integrado s c om o t ra nsduc t ore s de 
tempera tur a 113 
3.6.4. LM 35: senso r de t empe ra tur a de precisió n ca librad o 
en grado s centígrado s 114 4. 
3 .7 . Emisió n a distanci a de medida s de variable s de un pro -
ces o industria l 115 
3.8. El bus de camp o (Fieldbus ) 118 
3 .8 .1 . Clasificació n según extensió n de la re d 119 5 . A 
3.8.2. Clasificació n de lo s sistema s de comunicació n 119 
3 .8 .2 .1 . Cel l bu s 120 
3.8.2.2. Fie l d buse s 120 
3 .9 . Buse s Sensor-Actuado r 123 
3.10. Buse s especializado s 124 
3.10.1.Transductore s Inte ligente s 125 
4. Codificadores digitales y captadores binarios 129 
4.1. Codificadore s numérico s (encoders ) 131 
4 .1 .1 . Codificadore s increméntale s 131 
4.1.2. Codificadore s absoluto s 136 
4 .1 .2 .1 . Característica s de lo s encoder s 138 
4.2. Captadore s Binario s 139 
4 .2 .1 . Detectore s de prox imida d induc t ivo s 140 
4.2.2. Detectore s de prox imida d capac it ivo s 141 f 
4 .2 .2 .1 . Característica s de lo s de tec tore s de 6 Q - 4 
prox imidad... . 142 °" ° / s l 
4.2 .5 .1 . Característica s de lo s fina le s de carrer a 147 
X I V UPV-CFP 
mot 
4.2.3. Detectore s fotoeléctrico s 142 
4 .2 .3 .1 . Detecto r fotoeléctric o de barrer a 143 
4.2.3.2. Detecto r fotoeléctric o t ip o réfle x 143 
4.2.3.3. Detectore s fotoeléctrico s t ip o autoréfle x 144 ¡ 6.2. 
4.2.4. Detectore s de proximida d magnético s 145 j 
4.2.5. Detectore s de posició n electromecánico s 146 ¡ 6.3. 
UPV-CFp 
I 
4.3. Preaccionadore s eléctrico s 
4 .3 .1 . El Relé 
4.3.2. EIRelé de enclavamient o 
4.3.3. El Contacto r 
4.4. Tecnologí a neumátic a 
4 .4 .1 . Funcione s lógica s neumática s 
4.4.2. El módul o secuenc iado r neumátic o 
4.4.3. El dist ribuido r neumátic o 
5. Autómatas Programables Industriales 
5.1. Introducció n 
5 .1.1. Estructur a de un Autómat a Programabl e Indust ria l 
5.1.2. Arquitec tur a de un Autómat a Programabl e 
5 .1 .2 .1 . Organizació n de la memori a 
5.1.2.2. Fase s de operació n en march a y pa rad a ... 
5.1.2.3. Est ruc tur a de un program a 
5.1.3. T ipo s de Cic lo s de func iona m ie nt o 
5 .1 .3 .1 . Parámetro s de evaluació n d e la s 
prestac ione s de un Autómat a Progra m a bl e 
5.1.4. T ipo s de lengua je s de programació n 
5.1.5. Diagrama s de func ione s lógica s 
5.1.6. Módulo s de comunicació n c o n e l e nt orn o 
5 .1.6 .1. Módulo s e spe c ia le s 
5.1 .6 .2 . Direcc ionamient o y codificació n d e la s 
va riable s de E/S 
5.1.7. La s agresione s de l entorn o indust ria l 
5. Sistemas de eventos discretos: herramientas de 
modelado 
a lo s sistema s dinámico s de evento s 
discreto s 
6 2. Característica s de lo s Sistema s de Evento s Discreto s 
6 - 2 . 1 . El concept o de event o 
6.3. E j e m p , o s típico s de sistema s de evento s discreto s 
°¿.1 . Sistema s de cola s 
UPV-CFP 
6.3.2. Sistema s de computadore s 
6.3.3. Sistema s de comunicació n 
6.3.4. Sistema s de fabricació n 
6.3.5. Sistema s de tráfic o 
6.4. Introducció n a las rede s de Petr i 
6 .4 .1 . Definic ione s de la s rede s de Pet r i 
6 .4 .1 .1 . Lugare s de ent rad a y sa lid a 
6 .4 .1 .2 . T ipo s de Nodo s de la s RdP 
6.4.1 .3 . Rede s de Pet r i ordina ria s y gene ra lizada s 
6 .4 .1 .4 . Marcad o de un a re d de Pet r i 
6 .4 .1 .5 . Dispar o de un a transició n 
6.4.1 .6 . T ipo s de Rede s de Pe t r i 
6 .4.2. Propiedade s de la s rede s de Pe t r i 
6 .4 .2 .1 . El marcad o 
6.4.3. Ecuació n funda m e nt a l de la s rede s de Pe t r i 
6 .4 .3 .1 . Vec to r característic o 
6.4 .3 .2 . Mat ri z de Inc idenc i a 
6 .4 .3 .3 . Red de Pet r i viv a 
6 .4 .3 .4 . Red de Pet r i l im itad a 
6.4 .3 .5 . Red de Pet r i c onform e 
6.4.4. Arco s inhibidore s 
6.4.5. Marcad o invariant e 
6.4.6. Capac ida d de la s RdP en la representació n de la s 
re lac ione s ent r e subproc e so s 
6 .4 .6 .1 . Secuenciació n de t a re a s 
6 .4 .6 .2 . Selecció n de secuenc ia s 
6.4.6.3. Sincronizació n 
6.4.6.4. Concurrenc i a 
6.4.6.5. Compartició n de recurso s 
6.4.6.6. Memorizació n 
6.4.6.7. Ejecució n en a lte rnanc i a 
6.4.6.8. Lectur a 
6.4.6.9. Limitació n de capac ida d 
6.4.7. Rede s de Petr i no-autónoma s 
6 .4 .7 .1 . Rede s de Pet r i sinc ronizada s 
6.4.7.2. Rede s de Petr i temporizada s 
6.5. Interpretació n de las rede s de Petr i 
1* 
aoo 
• 204 
• 2 04 
• 2 06 
• 2 06 
• 2 07 
• 2 08 
• 2 0 9 
2 0 9 
2 1 0 
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2 1 1 
2 1 1 
2 1 3 
2 1 3 
2 1 4 
2 1 5 
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• * 
2 1 6 
2 1 6 
2 1 7 
2 1 7 
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2 1 9 
2 1 9 
2 2 0 
2 2 0 
2 2 1 
2 2 2 
2 2 2 
2 2 3 
230 
233 
7 Introducción al Grafcet 
7 1. El Grafcet : Gráfic o de Mando etapa/transició n 235 
7 i 1 Definició n de concepto s y e lemento s gráfico s 
asociado s ^ 
7 .1 .1 .1 . Etap a 2 3 6 
7.1.1.2. Acció n asoc iad a 238 
7.1.1.3. Transició n y recept ivida d 241 
7.1.1.4. Arc o 243 
7.1.1.5. Trazo s para le lo s 244 
7.2. Reglas de Evolució n 245 
7.2.1. Condic ione s evolut ivas : la s c inc o regla s de l Gra fce t 246 
7.3. Estructura s en el Grafce t 247 
7.3.1. Est ructura s básica s 247 
7 .3 .1 .1 . Secuenc i a únic a 247 
7.3.1 .2 . Secuenc ia s para le la s 248 
7.3.2. Est ructura s lógica s en e l Gra fce t 248 
7 .3 .2 .1 . Divergenc i a en OR 249 
7.3.2.2. Convergenc i a en OR 249 
7.3.2.3. Dive rgenc i a en AN D 250 
7.3.2.4. Convergenc i a en AN D 250 
7.3.2.5. Sa lto s Condic iona le s 251 
7.4. Ejemplo s de aplicació n 252 
7.5. Macro-representacione s 257 
7 .5 .1 . El concept o de m a c ro-e t a pa : repetició n de 
secuenc ia s 257 
7 .5 .1 .1 . Representació n de la m a c ro-e t a p a 258 
Implementación del automatismo a partir del Grafcet 261 
8.1. Introducció n 263 
8.2. Módul o secuencia l de etapa 263 
8-3. Obtenció n de las funcione s lógica s a parti r del 
"• agrama Grafce t 265 
8 3 .1 . Ecuació n de activación/desactivació n de e tap a 265 
o o ~ c 
t c ua c ione s de activació n de operac ione s de mand o 267 
UPv-CFP 
Robótica y Automática 
8.4. Ecuacione s de activación/desactivació n y estructura s 
lógica s 269 
8 .4 .1 . Divergenci a en OR 269 
8.4.2. Convergenc i a en OR 270 
8.4.3. Divergenci a en AN D 271 
8.4.4. Convergenc i a en AN D 272 
8.4.5. Las e tapa s de inicializació n 272 
8.5. Norma s especiale s de representació n Grafce t 274 
8 .5 .1 . Evoluc ione s simultánea s 275 
8.5.2. Secuenc ia s exc lusiva s 276 
8.5.3. Secuenc ia s co n priorida d 276 
8.5.4. Acció n mantenid a 277 
8.6. Las temporizacione s y contadore s en el Grafce t 279 
8 .6 .1 . Utilizació n de lo s contadore s en e l Gra fce t 282 
8.6.2. Transic ione s po r flanco s 282 
8.6.3. Efect o de l t ip o de preacc ionado r sobr e lo s modelo s 
Grafce t 283 
8.6.4. Implementació n sobr e Autómata s Programable s 
Industria les : tabl a de asignació n de variable s 285 
8.7. Estrategi a de diseñ o para sistema s de mayo r 
complejida d • 2 8 6 
8 .7 .1 . Subproces o de t ransfe renc i a e indexad o 288 
8.7.2. Subproces o de marcad o 2 9 0 
8.7.3. Subproces o de ta ladrad o • 2 9 1 
8.7.4. Subproces o de modelad o 2 9 2 
8.7.5. Estructuració n de la s secuenc ia s 2 9 4 
. Diseño estructurado • 2 9 9 
9.1. Introducció n 3 0 1 
9.2. Modo s de Marcha. . 3 0 2 
9 .2 .1 . Marcha s automática s 3 Q 3 
9.2.2. Marcha s de intervenció n 
9 .2 .2 .1 . Funcionamient o semiautomático : March a ^ 
cicl o a c ic l o - Cic l o únic o 
X V l l i 
UPV-CFP 
Contenido 
9 .2 .2 .2 . Func iona m ie nt o Automático : ma rch a c ic l o 
automático - c ic lo s c ont inuo s 305 
9 .2 .3 . M a rc ha s de a just e de l sist e m a 306 
9.3. La Segurida d 307 
9 .3 .1 . T ra t a m ie nt o de a la rm a s y e m e rge nc ia s 307 
9 .3 .2 . Eje m pl o d e aplicació n 311 
9.4. Diseñ o estructurad o de los sistema s de contro l auto -
mátic o 314 
9 .4 .1 . Dia gra m a s je ra rqu iza do s y forza d o d e si t ua c ione s 315 
9.4.2. Orde n d e forza d o 316 
9 .4 .2 .1 . Re gla s d e forza d o 316 
9.4.3. Aplicació n de l diseñ o est ruc turad o 317 
10. Guía de estudio de los modos de marcha y paro de los 
sistemas automatizados: GEMMA 321 
10.1. Introducció n 323 
10.2. Principale s concepto s 324 
1 0 .2 .1 . Constitució n d e un GEMMA 324 
10.2.2. Clasificació n de lo s modo s de march a y parad a 324 
1 0 .2 .2 .1 . Grup o F: procedim iento s de func iona -
mient o 325 
10.2 .2 .2 . Grup o A: procedim iento s de parad a 325 
10.2 .2 .3 . Grup o D: procedim iento s de fa llo s 325 
10.3. Métod o genera l de utilizació n de GEMMA 326 
1 0 .3 .1 . Identificació n y definició n de lo s estado s y de la s 
unione s 327 
10.4. Grup o F: Procedimiento s de funcionamient o 330 
1 0 .4 .1 . F1 : Producció n norma l 331 
10.4.2. F2: Marcha s de preparació n 331 
10.4.3. F3: Marcha s de c ie rr e 331 
10.4.4. Grup o F: marcha s manua le s de prueba s y de 
mantenim ient o 331 
1 0 .4 .4 .1 . F4: marcha s de verificació n en e l 
desorde n 3 3 ^ 
10.4 .4 .2 . F5: marcha s de verificació n baj o orde n 332 
10.4 .4 .3 . F6: marcha s de tes t 3 3 5 
UPV-CFP XIX 
Rcéóticaj^tomátíca^ . — 
10.5. Grup o A: procedimiento s de parad a de la part e 
operativ a 3 3 3 
1 0 .5 .1 . A 1 : pa rad a en e l e st a d o inic ia l 3 3 3 
10.5.2. A2 : pa rad a sol ic it a d a en fi n d e c ic l o 3 3 4 
10.5.3. A3 : pa rad a sol ic it a d a en un e st a d o de t e rm ina d o 3 3 5 
10.5.4. A4 : pa rad a obt e nid a 3 3 5 
10.5.5. A5 : preparació n pa r a l a reposició n e n m a rc h a 
despué s de un fa ll o 3 3 5 
10.5.6. A6 : pue st a de la pa rt e ope ra t iv a e n e l e st a d o 
inic ia l 3 3 6 
10.5.7. A7 : pa ra d a de urge nc ia ; pue st a d e la pa r t e 
ope ra t iv a en un e st a d o de t e rm ina d o 3 3 6 
10.6. Grup o D: procedimiento s de fallo s de la part e 
operativ a 337 
1 0 .6 .1 . D1 : pa ra d a de urge nc i a 3 3 7 
10.6.2. D2: diagnóstic o y/o t ra t a m ie nt o d e fa l lo s 3 3 7 
10.6.3. D3: producció n no obst a nt e 3 3 8 
10.7. Estado s de la part e de control : grup o de estado s PZ 339 
1 0 .7 .1 . PZ 1 : pue st a de la pa rt e d e c ont ro l s i n energí a 3 4 0 
10.7.2 . PZ2: pue st a de la pa rt e d e c ont ro l e n e s t a d o d e 
march a 3 4 0 
10.7.3. PZ3: pue st a de la P.C. fue r a de l e st a d o d e m a rc h a 3 4 1GLOSARIO 3 4 3 
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS... . 1 7 * 
i 
I 
X X 
PROLOGO 
La automatizació n de lo s proceso s indust ria le s const it uy e un o de lo s 
objet ivo s más im port a nt e s de la s e m pre sa s en la siempr e incesant e ta re a 
de la búsqued a de la c om pe t it ivida d en un entorn o cambiant e y agresivo . 
La automatizació n de un proc e s o indust ria l , (máquina , conjunt o o equip o 
indust ria l ) c onsist e en la incorporació n a l m ismo , de un conjunt o de e le -
mento s y disposit ivo s tecnológico s qu e a se gure n su cont ro l y bue n c om -
portamiento . Dich o a ut om a t ism o , e n ge ne ra l ha de se r capa z de reacc iona r 
frent e a la s si t ua c ione s pre vist a s de a nt e m a n o y además fre nt e a im ponde -
rables , t e ne r c om o obje t iv o sit ua r a l proc e s o y a lo s recurso s humano s qu e 
lo asiste n e n la situació n más fa vora ble . 
Históricamente , lo s obje t ivo s d e la automatizació n ha n sid o e l procura r 
la reducció n d e c ost e s d e fabricación , un a c a l ida d c onst a nt e en lo s medio s 
de producción , y l ibe ra r a l se r hum a n o d e la s t a re a s t e diosa s , pe ligrosa s e 
insa lubres . 
De sd e lo s años 6 0 de bid o a la a lt a c om pe t i t iv ida d e m pre sa ria l y a la 
internacionalizació n c re c ie nt e d e lo s m e rc a dos , e st o s obje t ivo s ha n sid o 
a m plia m e nt e inc re m e nt a dos . Téngas e e n c ue nt a qu e c om o resultad o de l 
entorn o c om pe t i t ivo , c ua lqu ie r e m pre s a s e v e som e t id a a gra nde s y rápi -
do s proc e so s d e c a m bi o e n búsqued a d e s u adecuació n a la s demanda s 
de m e rc a do , neutralizació n d e lo s a va nc e s d e s u c om pe t e nc ia , o sim ple -
ment e c om o m a niobr a d e c a m bi o d e e st ra t e g i a a l ve rs e a c ort a d o e l c ic l o 
de vid a d e a lgun o d e su s produc t os . Ell o obl ig a a m a nt e ne r , medio s de 
producció n a de c ua do s qu e pose a n un a gra n f le x ib i l ida d y pue da n modifica r 
oport una m e nt e la e st ra t e g i a d e producción . 
La aparició n d e la microelectrónic a y e l c om put a dor , ha tenid o com o 
c onse c ue nc i a e l qu e se a posibl e un m a yo r nive l de integració n ent r e e 
sist em a produc t iv o y lo s c e nt ro s d e decisió n d e polític a e m pre sa ri a 
La tecnologí a d e la automatizació n s e c e nt r a e n e l c onoc im ie nt o de lo s 
disposit ivo s tecnológico s ut i l iza do s e n la implementació n de lo s a ut om a -
t ism os , t a le s c om o t ra nsduc t ore s , pre a c c iona dore s , disposit ivo s func iona -
le s de aplicació n específic a ( t e m por iza dore s , c ont a dore s , módulo s se -
c ue nc ia dore s e t c . ) y lo s d isposi t ivo s lógico s d e c ont ro l (autómata s progra -
m a r e s indust r ia le s ) a c uy o e st udi o de d ic a m o s un a pa rt e de l contenid o de l 
present e t ra ba jo . 
UPV-CFP 1 
Robótica y Automática 
Por ot r a part e e l diseñado r y e l equip o de m a nt e nim ie nt o de lo s proc e -
so s automat izados , debe n conta r co n un a se ri e de proc e dim ie nt o s m e t o -
dológico s qu e le permita n aborda r de un a mane r a sist e m a t iza d a y pot e nt e 
el estudi o pre liminar , diseño , análisi s y m a nt e nim ie nt o de e st o s sist e m a s 
automat izados . Por ta l mot ivo , un a pa rt e de l t ra ba j o se ha de dic a d o a l e s -
tudi o de a lguna s de dicha s he rra m ie nt a s , pa rt ie nd o de la s más sim ple s , 
ta le s com o la s tabla s de Ka rnaugh , t a bla s de fa se s , hast a la s más pot e n -
tes , rede s de Pet ri , GRAFCET , y GEMMA. 
En e l desarroll o de l present e t ra ba jo , se ha de a gra de c e r la ine st im a -
bl e colaboració n de Franc isc o Fernánde z Gue rr a qu e ha llevad o a c a b o la 
realizació n de ta rea s de t ra t a m ie nt o de t e x t o s y gráficos , y a la inic ia t iv a 
promotor a de l Cent r o de Formació n Post gra d o de la U nive rsida d Politéc -
nic a de Va lenc ia . 
El auto r 
2 
U PV -CPF 
C A P I T U L O 
INTRODUCCION A LOS 
AUTOMATISMOS 
1. 1. Antecedentes históricos................................—» 5 
1.2. Los fundamentos modernos de ta Automá-
tica...................................................................... 7 
1.3. Modelo estructural de un Sistema Automati-
zado ... 10 
1.4. Parte de Control - 21 
1.5. Niveles de automatización................................ 24 
1.6. Concepto CIM: La Automatización Integrada 
por Computador.................................................. 30 
1.7. Estructuras distribuidas mediante Redes de 
Area Local.......................................................... 34 
Introducción a los Automatismos 
Obje t ivos : 
• Conoce r a lguno s de lo s antecedente s histórico s de la Automátic a 
• Desc ribi r e l m ode l o e st ruc t ura l de un Sistem a Aut om a t iza do . 
Conoce r lo s d is t in t o s t ipo s de tecnologí a par a la implementació n 
de lo s d ispos i t ivo s lógico s de c ont ro l . 
Plantea r lo s d is t in t o s nive le s de automatización . 
• De sc ribi r lo s t ipo s de Sist e m a s de Fabricació n y su s d ispos i -
c ione s en pla nt a . 
/. 1. Antecedentes históricos 
El términ o autómat a se ha venid o aplicand o desd e t iemp o mu y ant igu o 
a aquell a c las e de máquina s en la s qu e un a fue nt e de energía acc ionab a 
un mecanism o inge niosa m e nt e c om bina do , pe rm it iend o im ita r lo s m ovi -
miento s de lo s se re s a nim a dos . 
Ateniéndono s a est a prime r a acepción , ent r e lo s primero s autómata s 
de lo s qu e se t ien e not ic ia , se c ita n la s e st a t ua s animada s qu e habría n 
sid o const ruida s en e l t e m pl o de Dédalo . Lo s griegos , y más ta rd e lo s 
romanos , conoc ie ro n ya va rio s t ipo s de jugue t e s mecánicos . A l parece r 
a lguno s famoso s autómata s fue ro n c onst ruido s en la e da d medi a po r San 
Albert o Magn o o Re giom ont a n o (Jua n Mulle r) . 
Menció n espec ia l m e re c e V a uc a nson , e l cua l construy ó en su juventu d 
«sublime s juguetes» : ent r e e llo s e l Flautista, qu e representab a un faun o 
según mode l o de la esta tu a de Coysevox , qu e e jecutab a un a docen a de 
aire s valiéndos e de m ovim ie nt o s de la lengua , labio s y dedos ; el 
Tamborilero; la Tañedora , qu e todaví a pued e se r admirad a en el 
conservatori o de a rte s y ofic io s de París; y un áspid, qu e se utiliz ó en la s 
representac ione s de la Cleopatra de M a rm ont e l . Sin embargo , la fam a de 
Vaucanso n se deb e sobr e t od o a su célebr e Pato, e l cua l e ra capa z de 
bati r la s a las , zambull irse , nadar , t ra ga r gra n o e inc lus o expe le r un 
product o parec id o a l exc remento . A l pa rece r un a sol a de su s ala s se 
componí a de una s 2000 piezas . No obstante , en t odo s eso s autómata s no 
se t ra tab a de copia r la vida , sin o únicament e de imita r a lguno s de su s 
acto s a islados . 
UPV-CFP 5 
Figura 1.1. El pato de Vaucanson (cortesía de FESTO) 
En todo s lo s autómata s c e le bre s de l s . X V I I I s e re pi t e e l proc e s o de 
imitación , pudiéndos e c ita r , ent r e e l los : la s Cabezas parlantes de l a ba t e 
Mica l ; e l Androide escritor qu e Frede ri c de K na us s present ó e n V ie na , e n 
1760; lo s autómata s e x pue st o s en Fra nc i a y e n Suiz a po r lo s he rm a no s 
Droz ; la Panharmónica c onst ruid a e n 1 8 0 8 po r Le ona r d M a e lze l , de 
Rat isbona ; lo s re loje s de Lyo n y Ca m bra i , y e l d e Est ra sburgo , de bid o a 
Schw ilgu e (1842), así c om o lo s num e roso s re loje s d e péndola , a n im a dore s 
de autómatas , origina le s de a rt e sa no s rusos, qu e todaví a ho y pue de n 
admirars e en la s vit rina s de l K re m lin ; d e Robe r t H oudi n m e re c e n e spe c ia l 
mención : el Escamoteador, e l Volatinero, e l Pájaro cantor, e l Escritor 
dibujante, el Paste le ro , e tc . 
Durant e much o t ie m p o existi ó un autómat a qu e t uv o int r iga d a a la 
opinión : el Jugador de ajedrez, de K e m pe le n , qu e consistí a e n un a e spe c i e 
de ca j a co n un table r o e nc im a , ant e e l c ua l un autómat a moví a la s pie za s 
frent e a un cont rincant e humano . Ese juga do r ga na b a d e m a ne r a c a s i 
sistemática ; result a pue s segur o qu e un e x pe rt o juga do r s e ha l la b a oc ul t o 
dent r o de la ca ja . 
El desarroll o de la e lec t ric ida d y de la electrónic a permiti ó la aparició n 
de un a nuev a generació n de autómatas , c a pa c e s de im it a r re a lm e nt e 
a lguna s func ione s inte lec tua le s y no sólo de re produc i r de t e rm ina do s 
comportamientos . Ya en 1912, e l juga do r de a je dre z eléctric o de T orre s 
H G R M C a p a Z d G Í U i a r f i n a l e s d e P a r t i d a < r e V c o n t r a ^ y y t orre ) . El 
jugado r de N,m, const ru.d o en 1951 en la unive rsida o de M a nc he st e r , y 
Introducción a los Automatismos 
citad o repe t ida s ve c e s , const it uy e ot r o e jempl o de un autómat a mu y 
elemental , dad o qu e ex ist e un a lgoritm o qu e permit e gana r co n segurida d 
en est e jue go . Por aque ll a m ism a époc a St rache y construy ó en E.E.U.U. 
u n jugado r de da m a s c a pa z de enfrenta rs e co n un bue n jugador ; par a e ll o 
la máquin a de b e ana liza r la s c onse c ue nc ia s de t oda s la s juga da s posible s 
a part i r de un a situació n dada , y est o co n va ria s juga da s de antelación . Lo s 
adelanto s de la microelectrónic a propic ia ro n la aparició n en e l mercad o 
norteamericano , en 1977 , de un juga do r de a jedre z capa z de desarrolla r un 
jueg o de nive l mu y a c e pt a bl e po r un prec i o re la t ivament e módico . 
Resultarí a pue s fa c t ibl e en la a c t ua lida d const rui r un autent ic o jugado r 
de a jedre z a ndroide . La indust ri a ut iliz a autómatas , de nom ina do s robots , 
capace s de lleva r a c a b o m a nipula c ione s así, com o ope rac ione s de 
montaj e y de e nsa m bla je . 
1.2. Los fundamentos modernos de la Automática 
La e ra m ode rn a de la automatizació n c om ie nz a co n la aparición , en 
1775 de la máquin a d e va po r de sim pl e e fe c t o inventad a po r Jame s Wat t . 
La máquin a de dobl e e fe c t o de 1784 e st a b a provist a de do s automat ismos : 
el dist ribuido r de va po r y e l re gula do r de bolas , qu e mantení a constant e la 
ve loc ida d del̂ árbo l d e sa l id a a pe sa r de la s f luc t ua c ione s de la carga . 
En e l c ont e x t o a c t ua l , la AUTOMÁTICA se de fin e com o la Cienc i a y 
Técnic a de la automatización , qu e a grup a e l c onjunt o de la s disc iplina s 
teórica s y tecnológica s qu e int e rvie ne n e n la concepción , la construcció n y 
el emple o de lo s sist e m a s automáticos . La automátic a const ituy e el 
aspect o teóric o de la cibernética . Está e st re c ha m e nt e vinculad a co n las 
matemáticas , la estadística , la teoría de la información , la informátic a y 
técnica s de la ingeniería . 
Podría re a liza rs e un a distinció n ent re : la automática teórica, conjunt o 
de lo s método s matemático s de análisi s y de síntesi s de lo s sistema s 
automático s y de su s e le m e nt os ; y la automática aplicada, qu e t ra t a más 
específicament e de lo s proble m a s práctico s de automatización , qu e 
conc iern e a la teoría y a la tecnologí a de lo s captadores , lo s acc ionadore s 
y lo s ordenadores . 
El func iona m ie nt o de t od o sist em a automátic o se asient a en la 
confrontació n de un a información de mando, qu e describ e el program a 
deseado , co n un a información de estado, confrontació n de la qu e se 
deriva n la s órdene s de mand o qu e ha n de dars e a lo s accionadores qu e 
UPV-CFP 7 
actúa n sobr e e l sist e m a , m odif ic a nd o así su e st a do . Est a sucesió n de 
ope ra c ione s se suc e de n en un a e st ruc t ur a de buc l e c e rra do , dond e un 
c e nt r o de ope ra c ione s de mando y de control, a se gur a e l bue n c om por -
t a m ie nt o de la instalación . 
Basado s en e l c onc e pt o matemátic o de autómata , es dec ir , e l ent e 
const it uid o po r un c onjunt o de regla s qu e de f ine n e st a do s y c ondic ione s de 
cambi o de estado , en lo s automatismos secuenciales, de lo s qu e e l 
ascenso r const it uy e un o de lo s e je m plo s clásicos , la informació n de estad o 
vien e proporc iona d a ge ne ra lm e nt e po r c a pt a dore s bina rios , y e l t ra t a -
m ient o de la informació n es de na t ura le z a lógica . El progra m a está c ons -
t it uid o po r un a sucesión , o se c ue nc ia , de fa se s ope ra t or ia s e nla za da s una s 
co n ot ra s según un c onjunt o de re gla s lógicas . Eso s sist e m a s c onst it uye n 
la inmens a mayorí a de lo s a ut om a t ism o s indust r ia le s , e spe c ia lm e nt e lo s 
dedicado s a la automatizació n de la fabricación . Lo s orde na dore s , c ons -
t it uye n si n dud a un a de la s form a s más sof ist ic a da s d e lo s a ut om a t ism o s 
secuenc ia les . 
En lo s se rvosist e m a s , la informació n de e st a d o a dopt a la form a de un a 
o varia s magnit ude s qu e c a ra c t e riza n e l e st a d o de l sist e m a . La energía 
comunicad a a lo s a c c iona dore s se dosif ic a segú n la s dife re nc ia s ent r e 
esa s magnit ude s y lo s va lore s de se a dos , y e l buc l e de c ont ro l actúa en 
tant o qu e un sist e m a de ce r o automático , t ie nd e c onst a nt e m e nt e a anula r 
la dife renc i a ent r e e l va lo r ac tua l y e l e st a d o de se a do . Est e princ ipi o de 
estad o de de pe nde nc i a t ie nd e a re duc i r la inf lue nc i a de la s pe rt urba c ione s 
ex te riores . En lo s re gula dore s de sost e nim ie nt o , un a m a gnit u d regulad a 
está obligad a a conse rva r lo me jo r posibl e un va lo r a signa d o a pe sa r de la s 
pe rturbac iones , en t a nt o qu e en lo s servomecanismos o re gula dore s de 
correspondenc ia , un a magnit u d de sa lid a de b e a m olda rs e lo me jo r posibl e 
a la s evoluc ione s de un a magnit u d de e nt ra da . 
Lo s sistemas adaptativos poseen , además de la fa c ult a d de la 
autocorrecció n de la s va riac ione s de un a se ri e de parámetros , un a facult a d 
de autorregulació n qu e le s permit e func iona r c orre c t a m e nt e en condic ione s 
ex te riore s mu y dive rsas . La resistenc i a a la s pe rt urbac ione s y a la s 
fluc tuac ione s de l entorn o se ve así inc rementada . 
Ot ro s so n lo s denominado s sistema s autodidácticos,, en lo s qu e el 
program a de t ra tamient o de la informació n se e labor a y se pe rfecc ion a en 
curs o de func ionamient o po r autoaprendiza j e ba j o la direcció n de un 
superprograma . Est e princ ipi o se aplic a ent r e ot ro s a la identificació n 
automátic a de forma s y de lo s sonidos . 
8 U PV -CFP 
Introducción a los Automatismos 
En suma , lo s a ut om a t ism o s a ba rc a n a lo s automa t ismo s secuenc ia les , 
los se rvosistemas , lo s sist ema s adapta t ivo s y lo s sistema s co n a ut oa pre n -
diza je. , " ' 
1.2.1. El a u t om a t ism o se c ue nc ia l 
En e l c ont e x t o de l pre se nt e curso , no s merec e espec ia l atenció n lo s 
Automat ismo s Se c ue nc ia le s . Un a ut om a t ism o secuencial, es un sistem a 
cuy o func iona m ie nt o e m ple a un a se c ue nc i a de fa se s c la rament e 
dife renc iadas, según un c onjunt o de regla s preestablec idas . En e l cas o 
más senc illo , e l f ina l de c a d a fa s e de t e c t a d o po r un c a pt a do r apropiado , da 
pas o al inic i o de la fa s e siguie nt e . La s c ondic ione s de transició n ent r e 
fase s adopta n la form a de c ondic ione s lógica s más o meno s comple ja s 
provocand o c a m bio s de e st a d o de l sist e m a cont rolado . Lo s automa t ismo s 
secuenc ia le s pue de n func iona r ya se a sobr e la bas e de la lógic a cableada , 
de form a específic a m e dia nt e lo s de nom ina do s a rmario s de relés , qu e ha 
sid o en e l pe riod o históric o a nt e rio r más rec ient e la implementació n más 
usua l de un gra n númer o de inst a la c ione s indust ria le s , ya se a sobr e la 
bas e de un progra m a re gist ra d o m e dia nt e orde na dore s , autómata s 
programable s o sist e m a s ba sa do s en m ic roproc e sa dor . 
El c onc e pt o de automatizació n llev a implícit a la supresió n tota l o 
parc ia l de la intervenció n hum a n a en la ejecució n de dive rsa s ta reas , 
indust ria les , agrícolas , domésticas , a dm inist ra t iva s o científicas . Se aplic a 
a automatizació n t a nt o a la s t a re a s más se nc il la s , t a le s com o la regulació n 
de la t e m pe ra t ur a de un horn o o e l m a nd o se c ue nc ia l de un a máquin a 
herramienta , com o a la s más c om ple ja s , t a le s com o la direcció n mediant e 
ordenado r de un a unida d químic a o la gestió n automat izad a de un 
establec im ient o ba nc a rio . 
A l confia r a órgano s tecnológico s t oda s o part e de la s func ione s 
inte lec tua le s qu e inte rviene n en la conducció n de un proceso , la 
automatizació n se sitú a en un nive l supe rio r a l de la mer a mecanización . 
En la ac tua lida d lo s proble m a s de automatizació n indust ria l y 
administ ra t iv a se confía n re spe c t iva m e nt e a lo s espec ia lista s en 
automátic a e informática , a lo s qu e se une n lo s espec ia lista s de l proces o 
po r automat izar , qu e const it uye n así un equip o pluridisc iplinar . La auto -
matizació n de un proces o se sitú a en un marc o técnico-económic o de l qu e 
no const ituy e más qu e un o de su s aspec tos . 
La automatizació n en e l contex t o históric o más rec iente , no solament e 
est a re lac ionad a co n e l proces o mismo , sin o tambié n co n la distribució n de 
UPV-CFP 9 
Robótica y Automática 
lo s produc t o s fa br ic a do s o c o n la prestació n de se rvic ios . Form a pa rt e 
int e gra nt e d e la concepció n y d e la gestió n d e lo s gra nde s c om ple jo s 
indust r ia le s , a dm inist ra t ivo s y c om e rc ia le s . La automatizació n c onst i t uye , 
pa rt ic ula rm e nt e , un o d e lo s fa c t ore s d e a um e nt o d e la produc t iv ida d y de 
m e jor a de la c a l ida d . 
Lo s pr inc ipa le s c om pone nt e s d e la automatizació n / s o n lo s 
't ra nsduc t ore s y lo s c a pt a dore s d e información , lo s pre a c c iona dore s (relés , 
c ont a c t ore s e t c . ) y a c c iona dore s (m ot ore s , órgano s de spla za m ie nt o linea l 
e t c .) , así c om o lo s órgano s d e t ra t a m ie nt o d e la información , en pa rt icula r 
lo s orde na dore s y e n ge ne ra l lo s s is t e m a s ba sa do s e n e l m ic roproc e sa dor . 
Su na t ura le z a de pe nd e d e la de l s is t e m a c ont e m pla do , a ut om a t ism o 
se c ue nc ia l o se rvosist e m a . 
En un númer o c re c ie nt e de inst a la c ione s indust r ia le s un orde na do r se 
e nc a rg a de cálculo s de ba la nc e s d e energí a o de m a t e r ia s , de la vigilanc i a 
de la s m a gnit ude s qu e pue de n l le ga r a a dquir i r va lore s pe ligrosos , de l 
c om port a m ie nt o se c ue nc ia l de l a rra nqu e y de la detención , de cálculo s 
sobr e la s m e dida s , e t c . El orde na do r pue de , a sim ism o , lleva r a cab o 
cálculo s de autoadaptació n y d e autooptimización ; la s c ondic ione s de 
func iona m ie nt o óptim o vie ne n im pue st a s a l proc e so , bie n indire c t a m e nt e 
po r int e rm e di o d e re gula dore s clásico s c ont rola do s po r e l ordenador , o 
bie n dire c t a m e nt e en e l c a s o de gobie rn o y c ont ro l dire c t o . 
En lo s sist e m a s de c ont ro l je ra rquiza do , un orde na do r cent ra l 
de t e rm in a la s c onsigna s ge ne ra le s c om unic a da s a cont roladore s 
e spe c ia l iza do s qu e c ont rola n lo s dive rso s e le m e nt o s de la instalación . 
Seme jant e e st ruc t ur a de sc e nt ra l iza d a a prove c h a ple na m e nt e la s inmensa s 
posibil idade s brinda da s po r lo s m ic roproc e sa dore s . I nc lus o en e l camp o de 
la s fa bric a c ione s mecánicas , en e l qu e la mayorí a de lo s a ut om a t ism o s so n 
de t ip o se c ue nc ia l , e l orde na do r ha hech o su aparició n ba j o la form a de lo s 
cont roladore s numérico s de máquina s he rram ient a qu e pe rm ite n ordena r ía 
elección , e l cambi o y e l recorrid o de la s he rram ienta s m e rc e d a un 
program a regist rad o en la memori a de l ordenador . 
1.3. Modelo estructural de un Sistema Automatizado 
La est ruc tur a de un Sistem a Automat izad o pued e c lasifica rs e en do s 
parte s c la rament e dife renc iadas : po r un lad o lo qu e denominaremo s Parte 
Operativa, formad a po r un conjunt o de disposit ivos , máquina s o 
subprocesos , diseñado s par a la realizació n de determinada s func ione s de 
10 UPV-CFP 
Introducción a los Automatismos 
fabricación ; de form a específic a puede n t ra ta rs e de máquina s herramient a 
par a la realizació n de ope rac ione s de mecanizad o más o meno s sofis -
t icada s o bie n de subproc e so s dedicado s a ta rea s ta le s com o destilación , 
fundició n etc . Por ot r o lad o t e ne m o s la Part e de Cont ro l o Mando , que' , 
independientement e de su implementació n tecnológic a electrónica , neumá -
tica , hidráulic a e tc . , es e l disposit iv o enca rgad o de rea liza r la coordinació n 
de la s dist inta s ope ra c ione s e nc a m ina da s a mantene r a la Part e Opera t iv a 
bajo control. ^ 
El som e t im ie nt o de la Part e Ope ra t iv a se logr a mediant e el man -
tenimient o c ont inu o de un int e rc a m bi o de informació n ent r e la primer a y la 
Part e de Cont ro l o m a ndo . Dich o int e rc a m bi o se establec e a travé s de lo s 
captadores binarios, transductores analógicos y digitales y los dispositivos 
de preaccionamiento. A part i r de lo s do s primero s se recog e informa-ció n 
de lo s va lore s de la s m a gnit ude s física s a cont rola r , así com o de su s 
cambio s de e st a do , e nvia nd o dic h a informació n a la Part e de Cont ro l par a 
su t ra t a m ie nt o . T ra s e l t ra t a m ie nt o de la informació n se en-vía n acc ione s 
de mand o a travé s de lo s pre a c c iona dore s . Lo s preac -c ionadore s so n 
disposit ivo s qu e pe rm it e n e l cont ro l de gra nde s potenc ia s mediant e la s 
señale s de pequeñ a pot e nc i a qu e so n em it ida s po r la Part e de Cont rol . 
PARTE OPERATIVA PARTE DE CONTROL 
pre a c c iona dore s 
Ordene s de Mando 
PROCESO 
(acc ionadores ) 
disposit iv o 
lógic o d e cont ro l 
diálog o 
Figura 1.2. Modelo estructural de un sistema automatizado 
UPV-CFP 11 
Robótica y Automática 
En sum a , la automatizació n de un proc e s o indust r ia l , (máquina , 
c onjunt o o e quip o indust r ia l ) c onsist e e n la incorporació n a l m ism o de un 
c onjunt o de e le m e nt o s y disposit ivo s tecnológico s qu e a se gure n su cont ro l 
y bue n c om port a m ie nt o . 
Uno de lo s obje t ivo s de se a ble s es qu e e l a ut om a t ism o se a c a pa z de 
re a c c iona r f re nt e a la s si t ua c ione s previst a s d e a nt e m a n o y tambié n que , 
fre nt e a im ponde ra ble s , t e ng a c om o obje t iv o si t ua r a l proc e s o y a lo s 
recurso s hum a no s qu e lo a sist e n e n la situació n más fa vora ble . 
En e l pe riod o históric o más re c ie nt e lo s obje t ivo s d e la automatizació n 
ha n sid o e l proc ura r reducció n d e c ost e s d e fabricación , un a ca lida d 
c onst a nt e en lo s m e dio s de producció n y l ibe ra r a l se r hum a n o de la s 
t a re a s t e diosa s , pe l igrosa s o insa lubre s . 
Sin e m ba rgo , de sd e lo s años 6 0 , de bid o a la a lt a c om pe t it ivida d 
e m pre sa ria l y a la internacionalizació n c re c ie nt e de lo s m e rc a dos , esto s 
obje t ivo s ha n sid o a m pl ia m e nt e inc re m e nt a dos . 
Com o c onse c ue nc i a de un e nt orn o c om pe t i t ivo , c ua lquie r e m pre s a se 
ve som e t id a a la ne c e sida d de a c om e t e r gra nde s y rápido s proc e so s de 
cambi o en búsqued a d e s u adecuació n a la s de m a nda s d e mercado , 
neutralizació n de lo s a va nc e s d e s u c om pe t e nc i a o s im ple m e nt e com o 
maniobr a de c a m bi o de e st ra t e gi a a l ve rs e a c ort a d o e l c ic l o de vid a de 
a lgun o de su s produc t os . 
Ell o oblig a a m a nt e ne r m e dio s de producció n a de c ua do s qu e posea n 
un a gra n f le x ibi l ida d y pue da n m odif ic a r oport una m e nt e la e st ra t e gi a de 
producción . 
La aparició n de la microelectrónic a y e l c om put a do r ha t e nid o com o 
consecuenc i a e l qu e sea n posible s m a yore s nive le s de integració n ent r e e 
sistem a produc t iv o y lo s cent ro s de decisió n y polític a empresa ria l , 
pe rm it iend o qu e la producció n pued a se r c ont e m pla d a c om o un fluj o de 
materia l a travé s de l Sistem a Produc t iv o qu e inte racc ion a c o n t oda s las 
áreas de la empresa . 
1 .3 .1 . Part e ope ra t iva : Sist e m a s de Fabricació n 
En est a secció n discut imo s a lguno s concepto s asoc iado s co n la 
fabricación , es decir , co n la Part e Opera t iva . Esto s so n aplicable s a los 
sistema s de fabricació n discret a y cont inua . 
12 UPV-CFP 
Introducción a los Automatismos 
La fabricación es un proces o de transformació n mediant e el cua l el 
materia l en bruto , el t raba jo , la energía , y el equipamient o se reúne n par a 
produci r mercadería s de a lt a ca lidad . 
Obviamente , la s mercadería s produc ida s debe n tene r un va lo r 
económic o mayo r qu e e l de lo s c om pone nt e s ut ilizado s y debe n se r 
vendible s en un entorn o c om pe t it ivo . El proces o de transformació n 
genera lment e conllev a un a sucesió n de paso s llamado s operaciones de 
producción. Cada operació n de producció n es un proces o de cambi o de 
ent rada s en sa lida s mediant e la aportació n de un va lo r añadido . 
Esparc ida s ent r e la s ope ra c ione s qu e añaden va lo r están la s qu e no 
añaden ningú n va lor , t a le s com o e l t ra nsport e , e l a lm a c e na m ie nt o e 
inspección . En genera l es ne c e sa ri o m inim iza r , s i no e lim inar , la s 
operac ione s qu e no añaden va lor . 
1.3.1.1. Modelo de Entrada-Salida 
Un sistem a de fabricació n pued e se r re pre se nt a d o po r e l modelo de 
entrada-salida most rad o en la Figur a 1.3. En éste , la s ent rada s están c ons -
t ituida s po r ma te ria l , t ra ba jo , energía , y tecnología . El ma te ria l en brut o se 
conviert e en e l produc t o f ina l de c a l ida d . Son dive rsa s la s ope rac ione s de 
t raba j o desa rrollada s po r lo s de nom ina do s t ra ba ja dore s de cue llo-azu l y de 
cue llo-blanc o necesa ria s pa r a e l diseñ o de l produc t o , pa r a ope ra r sobr e el 
equipo , par a la ca rg a y de sc a rg a de la s piezas , la inspecció n etc . La 
tendenc i a rec ient e es a ut om a t iza r la mayorí a de esta s func ione s y e leva r el 
pape l de l ope rado r hum a n o a l de monit o r y supe rvisor . 
Dec isione s Perturbac ione s 
* t i 
+ 
Materia l ¿¿| Produc t o 
de se c ho s 'Z^l 1 & tem c de Fabricació n j — • 
T
 J " • ~ ^ | basur a 
Tecnologí a • 
Figura 1.3. Sistema de Fabricación: Modelo de entradas y salidas. 
UPV-CFP 13 
Robótica y Automática 
La tecnologí a d e la fabricació n re pre se nt a la sofisticació n y f le x ibi l ida d 
de l e quipa m ie nt o , y e l obje t iv o d e la integració n de l f lu j o d e m a t e ria l y la 
informació n e n e l sist e m a . Un sist e m a d e fabricació n pue d e se r m a nua l o 
t ot a lm e nt e a ut om a t iza do , a l t a m e nt e de dic a d o o t ot a lm e nt e f le x ible , un 
c onjunt o de máquinas-herramient a a is la da s o un sist e m a de producció n 
t ot a lm e nt e int e gra do . Es e l nive l d e tecnologí a lo qu e de t e rm in a s i un 
sist em a es un sist e m a d e fabricació n e n se rie , un t a l le r d e t ra ba j o (Jo b 
Shop) , un sist e m a d e producció n po r lot e s , o un sist e m a t ot a lm e nt e f le x ibl e 
de fabricación . La tecnologí a tambié n de t e rm in a s i la s economía s so n de l 
t ip o de e sc a l a o de l t ip o d e a lc a nc e . La fabricació n e n se ri e d e un a 
e st re c h a ga m a de produc t o s c onduc e a economía s de e sc a l a m ie nt ra s qu e 
un ba j o volum e n de producció n d e un a va r ie da d a m pl i a de produc t o s se 
asoc i a a economía s de a lc a nc e . 
El proces o de fabricació n produc e t re s re ndim ie nt os : la piez a comple ta , 
co n un a ca lida d de produc t o qu e de b e sa t isfa c e r la s espec if icac ione s de 
ingenierí a requeridas ; cha ta rr a y de spe rdic ios . La cha ta rr a es inevitabl e 
debid o a la s ope rac ione s de m e c a niza d o de l me ta l . El de spe rdic i o es de do s 
t ipos : e l prime r t ip o de despe rdic io s es re pre se nt a d o po r la s he rramienta s 
gastadas , e l produc t o rechazad o dura nt e la inspección , e t c . ; y e l segund o 
t ip o de desperdic i o es ge ne ra d o po r e l us o de lo s recurso s de l sistem a en 
operac ione s qu e no a gre ga n va lor . Por supue st o , c ha t a rra s y desperdic io s 
so n sa lida s de l mode l o indeseable s y qu e de be n m inim iza rse . 
Hay do s aportac ione s más al sist em a de fabricació n qu e so n 
importante s par a su func ionam iento . El primer o es e l conjunt o de dec isione s 
qu e se rea liza n en lo s dive rso s nive le s de la jerarquí a (de la rg o a lcance , 
medi o a lcance , y cort o a lcance ) co n respec t o a produc to s fabricados , 
equipo s comprados , esquema s y disposic ione s de planta , secuenciació n y 
programació n de piezas , carg a de piezas , e tc . Esta s dec isione s so n mu y 
importante s y la met a princ ipa l de l planteamient o es presenta r herramienta s 
actuale s par a evalua r po r medio s analítico s la s diversa s dec isiones . El 
segund o t ip o de ent rada s so n la s perturbac iones ; en éstas se inc luye n la s 
accione s de lo s gobiernos , fluc tuac ione s de mercado , la compet it ividad , la s 
averías de l equipamient o y lo s problema s labora les . 
1.3.1.2. Las decisiones en el mundo de la fabricación 
La tom a de decisione s en un ambient e de fabricació n pued e se r mu y 
complej a a caus a de la s alternat iva s disponible s y la na tura lez a seri a e 
inciert a de l resultad o de la s dec isiones . Hay t re s nivele s de decisió n en un 
sistem a de fabricación : estratégico , táctico , y operacional . Las decisione s 
14 UPV-CFP 
'C I Ó 
d 6 > 
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d 6 s e r > 1 
e n t e fl> t 
d e C > ' 
d e Produc t OS; 
Pieza compie t 
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es inevita : r a 
srdic i o es de 4 
a s herrará * 
.; y el segure 
s de l sistema ; 
s y desperdicie 
s: ació n que 
t o d e decisió n 
e la rg o alca * 
d o s fabrica * 
s e c u e n c i a * 
s ione S S 
t a r h e r r a j : 
i s e i n c w , y 
Introducción a los Automatismos 
estratégica s so n a larg o plaz o (típicament e años) y de terminada s po r la 
compet it ivida d y supervivenc i a de la firma . En éstas se inc luye n la 
introducció n de nuev a tecnología , mezc la s y cambio s de pieza s (dest inand o 
un nuev o t ip o de piez a par a la producción) , la expansió n y modificació n de 
sistem a (agregand o un nuev o cent r o de máquina s o cambiand o e l esquem a 
de l sistem a de manipulació n de materia l) , e tc . La s de segund o nive l , o la s 
decisione s tácticas , t iene n un horizont e de semanas/días . En esta s se 
incluye n la divisió n de l obje t iv o tota l de producció n en lotes , toma r en cuent a 
la disponibilida d de lo s mate ria le s en bruto , he rramientas , y fecha s venc idas . 
Aquí la s cuest ione s qu e se plantea n son : (i) cuánto s lote s y (ii ) cuánta s 
pieza s en cad a lote . El obje t iv o es aumenta r al máxim o la utilizació n de la s 
máquinas , al t iemp o qu e se obt ien e un ba lanc e de la carg a de t raba j o sobr e 
el sistema , par a qu e toda s la s máquina s te rm ine n su t raba j o par a cad a lot e 
cas i simultáneamente . El nive l ope rac iona l o te rce r nive l de la s dec isione s se 
ocup a de l cont ro l cot idian o de la s ope rac ione s de fabricación . En éstas se 
incluyen : 
(i) Qué t ip o de pieza s int roduc i r en e l sist em a 
(ii ) Cuánta s pieza s de be n coex ist i r en e l sist em a simultáneament e 
(iii ) Qué piez a deberí a c a rga rs e en la máquin a a continuació n 
(iv ) Cuánta s he rra m ie nt a s de cad a t ip o 
(v) Cómo reacc iona r a la rotur a de la he rram ient a 
(vi ) Reprogramació n en e l c a s o de fa llo s de la s máquina s o de l 
sistem a de mane j o de m a t e ria l . 
La gestió n e fec t iv a de la fabricació n conllev a la direcció n simultáne a 
de lo s t re s nive le s de decisión . Lo s fa llo s en su realizació n reducirá n la 
eficaci a de gestión , c onduc ie nd o a costo s más a lto s y reduc iend o la 
compet it ividad . 
El propósit o de finit iv o de la fabricació n es cent ra r lo s recurso s de la 
organización , capac idades , y energía s hac i a la consecució n de ventaja s 
sostenida s sobr e su s compe t idores . Ta l venta j a pued e derivars e de costo s 
inferiores , de un a mayo r ca lida d de produc to , de producto s más 
innovadores , o de un servic i o superior . 
1-3.2. T ipo s de Planta s de Producció n 
ieóe 5 V L a f a b r i c a c i ó n es un términ o mu y ampli o e incluy e mucho s t ipo s de 
P \ * & 5 V P r o d u c t o s y operacione s de producció n c larament e diferentes . Pued e supo -
* * * * J" 
» d e C Jet'5' 
uas u p v - c f p 15 
Rohótica y Automática 
ne r m uc ha s form a s tecnológica s y orgánicas . Sin e m ba rgo , es posibl e 
re c onoc e r funda m e nt a lm e nt e la s c ua t r o c onf igura c ione s siguie nt e s t eniend o 
e n c ue nt a e l númer o de produc t o s y vo lum e n : 
• Proc e so s de f lu j o c ont inuo , 
• J o b Shop s 
• Producció n po r lot e s , y 
• Línea s de dic a da s de producción . 
1.3.2.1. Procesos de flujo continuo 
En éstos se de sa rroll a un a producció n de dic a d a c ont inu a de grande s 
cant idade s de produc t o . Aqu í lo s t ipo s de produc t o so n poco s y lo s 
volúmene s so n a lt os . El proc e s o de fabricació n m a nt ie n e un fluj o cont inu o 
de ma te ria le s en brut o m e dia nt e un a se ri e de ope ra c ione s secuenc ia les . 
Esta s ope rac ione s t ra nsform a n lo s m a t e ria le s en brut o en un produc t o fina l . 
Ent r e lo s e jemplo s típico s de lo s proc e so s de fluj o c ont inu o se inc luye n 
planta s químicas , refinería s de petróleo , plástico , pla nc ha s y acero , e 
indust ria s tex t iles . 
M ient ra s qu e la cont inuida d c om ple t a es ra ra , sue l e se r más frecuent e 
un sistem a de t ip o pipe lin e dond e c a d a secció n de la plant a proces a un a 
c ie rt a cant ida d de mate ria le s y la pas a a la próxim a sección . Para aumenta r 
a l máxim o el rendimient o tota l se ut iliza n técnica s de cont ro l rea limentad o de 
secció n o de planta . La disponibilida d de sensore s inte ligentes , de 
tecnologí a basad a en el computado r re la t ivament e bara ta , y un cont ro l po r 
computado r sofist icad o ha tenid o com o consecuenc i a fábrica s tota lment e 
automat izada s qu e func iona n virtua lment e si n intervenció n humana . 
nrxse'ia s D Í ^ E 
Proces o 
rrífrñ 
flujo d e m a t e n u 
Dfoces o d e mecJaó n 
t t t t t t t 
Proces o 
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evócese da ccnt io i 
TTTTTTT I 
Proces o ' • 
* * * * * * * 
J i í í—i 
Proces o 
f f f fT f f 
procr-jcto por a ver o«f 
product o p a c versie r 
16 
Figura 1.4. Proceso flujo continuo 
UPV-CFP 
Introducción a los Automatismos 
1.3.2.2. Job Shop 
El t raba j o en lo s J o b Sho p vien e ca rac te rizad o po r uno s volúmene s de 
producció n ba jo s a medio s y un a ampli a ga m a de produc tos . Es mu y 
común en indust ria s mecánica s de ingeniería . Est e t ip o de fabricació n se 
usa genera lment e pa r a pedido s específico s de c lient e en e l qu e ex ist e un a 
gra n varieda d de t ra ba j o a rea liza r en la planta . Por lo t anto , e l equip o de 
producció n de b e se r de propósit o ge ne ra l y fle x ibl e pa r a hace r posibl e est a 
varieda d de t ra ba jo , y lo s t ra ba ja dore s de be n se r de gra n capacitació n 
para desempeña r la ga m a de c om e t ido s de t ra ba jo . Lo s e je m plo s típico s 
de fabricació n qu e se inc luye n so n lo s vehículo s e spa c ia le s , ae ronaves , 
proyect iles , máquina s he rra m ie nt a , y prot ot ipo s de fut uro s produc t os . 
Los Jo b Shop s ge ne ra lm e nt e so n poc o e fic iente s y t iene n grande s 
tiempo s de preparación , gra nde s inventa rio s de t raba j o en curso , y costo s 
altos . Las razone s qu e lo provoca n son : 
• Una orde n pa r a un c om pone nt e o subm ont a j e comúnment e 
involuc r a ope ra c ione s e n va ria s máquinas-herramient a dife rente s 
y c o n m ovim ie nt o s de un a sol a pieza . El m ovim ie nt o de mate ria l 
ge ne ra lm e nt e e s re a l iza d o po r t ra ba ja dore s de cue ll o azu l qu e 
t ie ne n e n c onse c ue nc i a c ost o s a lt o s y gra nde s de m ora s . 
• El e quip o y he rra m ie nt a s en un J o b Sho p so n de propósit o gene ra l 
y pue d e e st a ble c e rs e pa r a c a s i c ua lquie r pieza , per o e l t ie m p o 
pa r a la estructuració n d e un t ra ba j o pa rt ic ula r sobr e un a máquin a 
he rra m ie nt a d e propósit o ge ne ra l pue d e re que ri r hora s o inc lus o 
¿ días. " ^ ; " ¿S* 
• Esto s produc t o s t ie ne n uno s de sa rrol lo s y t ie m po s de producció n 
mu y gra nde s , a c a us a d e la fue rt e c om pone nt e de t raba j o de 
ingeniería , t ie m p o d e diseñ o y gra nde s t ie m po s de preparació n 
pa r a la adquisició n d e m a t e r ia le s y c om pone nt e s espec ia les . 
Tambié n t ie ne n un c ost o a lt o a c a us a de l gra n contenid o de 
diseñ o e ingenierí a po r pe dido , qu e es la fue rz a de t raba j o más 
c ua l i f ic a d a y m e jo r pa ga da , y c onsiguie nt e m e nt e de meno r curv a 
de a pre ndiza j e d e produc t iv ida d . 
í*3.2.3. La producción por lotes 
En est a categorí a s e pla nt e a la fabricació n de lote s de tamaño medi o 
d e l mism o artícul o o produc t o . Lo s lote s sue le n se r produc ido s un a sol a 
v e z o debe n produc irs e a int e rva lo s re gula re s . Lo s tamaño s de lote s y la 
U P V- C F P 17 
fre c ue nc i a de producció n de un artícul o únic o se f i ja n c o n la s política s de 
c ont ro l de inventa ri o a dopt a da s en m a rk e t ing . 
Aqu í nue va m e nt e e l e quip o de fabricació n es de propósit o ge ne ra l , 
pe r o diseñad o pa r a prom e dio s de producció n más a lt os . La s planta s de 
producció n po r lote s inc luye n lo s t a l le re s d e m e c a niza do , fundic ione s , 
fábrica s de m olde a d o plástico , y t a l le re s de t ra ba jo s de pre nsa . Ent r e lo s 
artículo s rea lizado s en t a l le re s de fabricació n po r lot e s se e nc ue nt ra n 
muebles , l ibros , y a pa ra t o s domésticos . Se ha e st im a d o qu e c om o much o 
el 7 5 % de t od a la fabricació n po r lot e s está he c h a en tamaño s de lot e de 
50 pieza s o m e nos . En la a c t ua l ida d la fabricació n po r lot e s y la producció n 
Jo b Sho p const it uy e un a pa rt e im port a nt e de la a c t iv ida d t ot a l de 
fabricación . 
1.3.2.4. Líneas Dedicadas de alto volumen de producción 
Est a es un a fabricació n e spe c ia l iza d a c ont inu a de produc t o s idénticos . 
La s líneas de producció n de a lt o volum e n so n c a ra c t e riza da s po r un a tas a 
de producció n mu y a lt a y de est rech o a lc a nc e . El equip o se dedic a a la 
fabricació n de un t ip o de produc t o únic o ta l c om o automóvil , bombillas , 
aparatos , etc . La plant a ente r a se diseñ a y ope r a pa r a la fabricació n de un 
t ip o únic o de produc to . 
• 
Variedad de 
Producto Producción 
Job Shop 
Producción 
por Lotes 
Producción 
en masa Procesos 
de flujo 
continuo 
Volumen de Producción 
Figura 1.5. Cuatro tipos de configuraciones de planta 
Para lo s sistema s e inst a la c ione s e spe c ia l iza da s de m onoproduc t o se 
requie r e un a inversió n fi j a mu y a lt a , t a le s c om o línea s f i ja s de t ra nsport e , 
t ransport adore s dedicados , a lm a c e ne s , e tc . Ca d a pie z a de l e quip o se 
pe rfecc ion a desd e el punt o de vist a de l c ost o y e l t ie m p o pa r a la operació n 
qu e desempeñ a y e l movim ient o de l ma te ria l se a ut om a t iz a 
18 U PV -CFP 
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Jí 
c t o s idénticos , 
Por una tas; 
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bombillas , 
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f lu j o 
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t r a f l S f ; 5e 
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l a oP 
e 0 
Introducción a los Automatismos 
Lo s cua t r o t ipo s de la s configurac ione s de plant a puede n se r 
dist inguida s po r la va rie da d de l produc t o y e l volume n de la producció n 
- • - muest r a en la Fig.1 .5 . Hay a lguno s solapamiento s en 
clasificación , c om o indic a la f igura . 
Est a se la 
1.3.3. T ipo s d e d i spos i c i one s en pla nt a 
El c onc e pt o de disposició n de plant a vien e re ferid o a l t ip o de 
reordenamient o de lo s disposit ivo s físico s e insta lac ione s de producció n en 
planta . Proba ble m e nt e la me jo r disposició n en plant a par a un sistem a de 
producció n e n m a s a o d e f luj o c ont inu o no se a adecuad a par a un sistem a 
t ip o Jo b Shop . Básicament e e x ist e n c ua t r o t ipo s de disposic ione s en plant a 
asoc iado s c o n lo s s ist e m a s t ra dic iona le s de producción . Esto s son : 
Disposició n de Posició n Fij a 
Disposició n d e Proc e s o 
Disposició n de f lu j o de produc t o 
Disposició n po r tecnologí a de grup o 
1.3.3.1. Disposición de posición fija 
En e st a disposició n (Fig . 1 .6a), e l c onc e pt o de "posició n fija " , vien e 
re ferid o a l produc t o . A c a us a de su pe s o y tamaño , e l produc t o permanec e 
en un sit i o c onc re t o y e l e quipa m ie nt o pa r a su fabricació n se llev a a ese 
punto . Eje m plo s d e e st e t ip o de disposició n so n la construcció n de buque s 
y la indust ri a a e rona va l , a e rospa c ia l e t c . 
Ot r a disposició n sim ila r a la a nt e rio r es la de disposició n de proyecto . 
Est a se ut iliz a e n la construcció n de e dif ic ios , puente s y pantanos . A l igu a 
qu e e l t ip o de disposició n f i ja , e l t ip o de produc t o es mu y grand e y e 
equipamient o de b e se r de spla za d o hast a e l punt o dond e se ubic a éste. Sin 
embargo , a l c ont ra ri o qu e e l de disposició n fi ja , cuand o e l proyect o finaliz a 
el equipam ient o tambié n es re t ira d o de dic h o punto . 
1.3.3.2. Disposición de proceso 
ordena n en 
En est a configuració n (Fig . 1.6b), 
grupo s de acue rd o co n e l t ip o genera l de proces o 
manufacturación . En ésta , lo s t orno s están en un — ( r . 
máquina s t a la dra dora s están en ot ro , e l molde o po r inyecció n de plástico s 
as máquina s de producció n se 
e l t ip o genera l de proces o de 
departamento , la s 
- i - , , , U g l a i a u i a u u i a a e t > i d i i e i i u u u , e i m u i u c u " w w • . . . 
en otr o dife rente , e tc . La venta j a de est a disposició n radic a en la fle x ibi -
U P V-C F P 1 9 
Robótica y Automática 
l idad . Dife rente s piezas , c o n ne c e sida de s d e m e c a niza d o d ist in t a s , pue de n 
se r e nc a m ina da s a lo s di fe re nt e s de pa r t a m e nt o s d e m a ne r a a propia d a 
mediant e c a rre t i l la s e le va dora s o m a nua le s . Est a disposició n e s típic a d e 
lo s Ta lle re s de T ra ba j o (J o b Shops ) y d e la fabricació n po r lot e s . 
1.3.3.3. Disposición de flujo de producto 
Est a disposició n (Fig . 1 .6c ) e s c onve n ie nt e pa r a la fabricació n 
espec ia lizad a de un m onoproduc t o , o d e gra nde s volúmene s d e un únic o 
produc to . En e st e t ip o de fabricació n c onv ie n e orga niza r la reordenació n 
de la s inst a la c ione s lo más e f ic ie nt e m e nt e posible . Pa r a produc t o s de 
e nsa m bla j e c om ple j o o artículo s c o n un a la rg a se c ue nc i a d e pequeña s 
ope ra c ione s , ésta es la disposició n más c onve nie nt e . En e st e t ip o de 
disposición , la s inst a la c ione s de proc e sa m ie nt o y m ont a j e s e sitúa n a lo 
la rg o de la línea de f luj o de l produc t o . El t ra ba j o e n c urs o se t ra sla d a 
mediant e c inta s t ra nsport a dora s o m e dio s s im i la re s de sd e un a estació n de 
t raba j o a la ot ra . En e st e t ip o de disposición , la ordenació n d e la s 
insta lac ione s es re la t iva m e nt e inf le x ibl e y únicament e s e m odi f ic a c ua nd o 
la s cant idade s a produc i r just i f ic a n la s inve rs ione s de d ic a da s . 
Estac ione s de t raba j o 
• Materia s pnma s 
• • 
Product o acabad o • 
C) 
Figura 1.6. Tipos de disposición en planta 
20 
UPV-CFP 
Introducción a los Automatismos 
1.3.3.4. Disposición por tecnología de grupo 
Est e intent a combina r la e ficac i a de la disposició n de fluj o co n la 
flex ibilida d de la disposició n de proceso . En est a filosofí a se t rat a de 
ident ifica r y agrupa r familia s de pieza s co n de te rminad a similitu d e n la 
fabricació n y e l diseño . En un a plant a capa z d e produc i r 1 0 .0 0 0 pieza s 
diferentes , pued e se r posibl e agruparla s en grupo s de 50 familia s co n las 
similitude s ante riorment e re fe ridas , de ta l form a qu e el procesamient o de 
cad a miembr o de un a mism a famili a pued e se r similar , resultand o una 
mayo r e ficac i a en la fabricación . Est a e ficac i a pued e obteners e mediant e la 
organizació n de l e quipa m ie nt o en grupo s de máquina s o célula s qu e 
fac ilite n e l fluj o de t raba jo . En e l diseñ o de l produc t o ex iste n tambié n 
venta ja s en la clasificació n y en la codificació n de la s piezas . 
1.4. Parte de Control 
La Parte de Control o Mando es e l disposit iv o enca rgad o de realiza r 
el cont ro l c oordina do r de la s dist int a s ope rac ione s encaminada s a 
mantener a la Part e Ope ra t iv a ba j o un de t e rm ina d o func ionamient o prees -
tablec id o de a nt e m a n o en la s e spe c if ic a c ione s de diseño . 
Con un m a yo r gra d o de e spe c if ic ida d , la s func ione s más comune s de 
la Part e de Cont ro l son : 
• Gestión de las entradas/salidas. 
• Tratamiento de ecuaciones lógicas. 
• Tratamiento de funciones de seguridad. 
• Tratamiento secuencial. 
• Funciones de regulación. 
• Funciones de cálculo para la optimización. 
• Gestión de herramientas. 
• Control de calidad. 
• Gestión de mantenimiento. 
• Operaciones de Supervisión: monitorización y diagnóstico de 
• Seguimiento dé la producción. 
UPV-CFP 21 
Robótica y Automática 
1.4.1. Clasificació n tecnológic a 
El de sa rrol l o de lo s c ont rola dore s , su c om ple j ida d y e ficac ia , ha id o 
a soc ia d o a l de sa rrol l o tecnológic o e x pe rim e nt a d o a lo la rg o de lo s t iempos . 
Básicament e se pue d e e st a ble c e r la clasificació n m ost ra d a en e l cuadr o 
siguie nt e , pa rt ie nd o de do s c onc e pt o s princ ipa le s : lógic a c a ble a d a y lógic a 
progra m a da . 
CLASIFICACIÓN TECNOLÓGICA 
LÓGICA CABLEAD A 
Hidráulic a 
Figura 1.7. Clasificación tecnológica 
1.4.1.1. Lógica cableada 
Su denominació n vien e dad a po r el t ip o de e lemento s qu e interviene n 
en su implementación . En el cas o de la tecnologí a eléctrica , la s unione s 
física s se rea liza n mediant e cable s eléctricos , relés electromagnéticos , 
inte rruptores , pulsadore s etc . En lo qu e respec t a a la tecnologí a e lec -
trónica , la s puerta s lógica s so n lo s e lemento s fundamenta le s mediant e los 
cua le s se rea liza n lo s cont roladores . 
En el cas o de la tecnologí a fluídica , su implementació n vien e siend o 
e fec tuad a po r tubería s de acero , cobre , pv c ,etc . junt o co n e lemento s tale s 
com o válvulas , dist ribuidores , presostatos , manorreductore s etc . 
22 UPV-CFP 
\ 
Introducción a los Automatismos 
. rt ' C^Ci^ La tecnologí a neumátic a ha sido , y es aún fre c ue nt e m e nt e ut ilizada , 
ri fo$«\ en lo s a ut om a t ism o s indust ria les , a unqu e va que da nd o re legad a a lo s 
e n J % acc ionamiento s de c ie rt a potenc i a co n a lgorit m o s de cont ro l re la t ivament e 
a b l e a c j %. simple s y tambié n par a a plic a c ione s de carácte r espec ia l (par a ambiente s 
a^óg, ; explosivos) , ya qu e fre nt e a la lógic a progra m a d a present a lo s siguiente s 
inconvenientes : 
• Imposibil ida d de realizació n de func ione s comple ja s de c ont rol . 
• Gra n volum e n y peso . 
• Escas a f le x ibi l ida d fre nt e a m odif ic a c ione s . 
• Re pa ra c ione s c ost osa s . 
pesador 
No obst a nt e , mu y a m e nudo , se sue le n a rt icula r soluc ione s mediant e 
implementac ione s m ix t a s a prove c ha nd o la s me jore s característica s de 
amba s tecnologías , la neumátic a y la de la lógic a progra m a d a mediant e 
autómata s progra m a ble s indust ria le s c one c t a do s mediant e disposit ivo s de 
interfaz . 
1.4.1.2. Lógica programada 
Se t ra t a de un a tecnologí a de sa rrol la d a a part i r de la aparició n de l 
mic roprocesador , y de lo s sist e m a s progra m a ble s basado s en éste, 
computador , c ont rola dore s lógico s y autómata s programables . 
Constantemente , de bid o a lo s a lt o s nive le s de integració n a lcanzado s en la 
microelectrónica , e l um bra l de re nt a bil ida d de est a tecnologí a decrec e y 
frent e a la lógic a c a ble a d a presenta : 
s wed 
e t c -
n v i 
• Gra n f le x ibi l ida d , 
• Posibilida d de cálcul o científic o e 
• Implementació n de a lgoritmo s comple jo s de cont ro l de procesos , 
• Arquit ec tura s de cont ro l dist ribuido , 
• Comunicac ione s y gestión . 
Com o inconveniente s a cort o y medi o plazo , present a la necesida d de 
formació n en la s empresa s de persona l adecuad o par a su programació n y 
asistencia , al t ra ta rs e de ve rdadera s herramienta s informáticas , tambié n su 
relat iv a vulnerabilida d frent e a la s agresiva s condic ione s de l medi o indus -
UPV-CFP 2 3 
t r ia ! , s i bie n , c o n e l t ra nsc urs o de l t ie m po , e l nive l de f ia bi l ida d y d isponi -
bi l ida d de e st o s s ist e m a s se ha m e jora d o not a b le m e nt e . 
1.5. Niveles de automatización 
El grad o de automatizació n d e un proc e s o v ie n e de t e rm ina d o funda -
m e nt a lm e nt e po r fa c t ore s d e t ip o económic o y tecnológico , po r e ll o 
pode m o s e nc ont ra r un a ga m a m u y a m pl i a y va r ia da , de pe ndie nd o de lo s 
obje t ivo s a a lc a nza r . 
1 .5 .1 . N ive l e le m e nt a l 
Se c orre spond e c o n e l a signa d o a un a máquin a se nc i l l a o pa rt e de 
un a máquina , asignándol e t a re a s d e v ig i la nc i a de t ie m po s m ue rt os , 
posic ionamient o de pie za s y func ione s d e Se gur ida d . 
En el nive l e le m e nt a l , se dist ingue n t re s gra do s de automatización : 
V igilanc ia . 
Guía ope rado r 
Mando . 
Figura 1.8. Nivel de automatización elemental, bucle abierto 
24 
U PV -CFP 
Introducción a los Automatismos 
El mod o operació n de Vigilancia se realiz a en bucl e abiert o y consist e 
en la tom a po r part e de l disposit iv o automátic o de medida s a un a seri e de 
variables , procesand o dich a informació n y emit iend o parte s diario s de 
e H e cj servici o y ba lances . 
V t e n , % ¡ j 9 c j Cr>0|(w H El mod o operació n Guía operador consist e en un a variant e de la 
^ p e y' c°, K anterio r de un mayo r grad o de elaboración , co n la inclusió n de tarea s de 
^ asistenci a mediant e propuesta s al operador , según crite rio s pre fijados . Se 
1 suel e re a l iza re n buc l e abie rto.(Fi g 1.8 .). 
El mod o operació n de mand o consist e en la tom a de información , 
procesamiento , t om a de dec isione s y ejecució n sobr e el proces o de 
acc ione s de c ont rol . Se correspond e co n un a est ruc tur a clásic a de bucl e 
n a s e r ic i || a cerrad o (F ig . 1.9. dond e la intervenció n human a qued a exc luid a salv o par a 
* Cíe tiemp 0s°f¿ las ta rea s de supervisión . 
5 d e automafeac, t 
Figura 1.9. Nivel de automatización elemental, bucle cerrado 
1.5.2. N ive l in t e rm e di o 
j 9 
Se correspond e co n la explotació n de un conjunt o de maquina s 
e lementa le s o bie n un a máquin a c om ple ja . Est e ha sid o el domini o clásic o 
de la automatizació n indust ria l . 
1.5.3. Te rce r nive l 
Se ca rac te riza n po r se r de un proces o comple to , e inte rviene n además 
de l cont ro l e lementa l de l proceso , ot ro s aspec to s ta le s com o Supervisión , 
UPV-CFP 
Rebotica y Automática 
Optimización , Gestió n de M a nt e nim ie nt o , Cont ro l de Ca l ida d , Se guim ie nt o 
de la Producción . Pa ra la consecució n de e st o s obje t ivos , se ha id o 
e voluc iona nd o de sd e dist int a s e st ruc t ura s de automatizació n y c ont rol . 
V e a m o s se guida m e nt e a lguna s de e st a s e st ruc t ura s . 
1.5.3.1. Control centralizado 
El sist e m a está c onst i t u id o po r un c om put a dor , un int e rfa z de proc e s o 
y un a estació n de ope ra dor . Est a e st ruc t ur a s e ha a pl ic a d o t a nt o a 
proc e so s de va ria bl e c ont inu a c om o a proc e so s de carácte r se c ue nc ia l , 
a u n más, e st a a rqui t e c t ur a ha pe rm it id o re a l iza r a pl ic a c ione s indust ria le s 
c o n va ria ble s de t ip o c ont inu o y se c ue nc ia l de fo rm a c om bina da . 
La s ve nt a ja s y de sve nt a ja s d e e st a a rqui t e c t ur a s e de riva n 
pre c isa m e nt e de su s característica s e st ruc t ura le s . Por un a pa rt e su s 
ve nt a ja s sec e nt ra n en qu e s u a rqui t e c t ur a fa c i l i t a e l f lu j o de informació n y 
se hac e posibl e qu e lo s obje t ivo s de optimizació n globa l de l proc e s o 
pue da n se r a lc a nza dos . Por ot r a pa rt e , su s de sve nt a ja s se c e nt ra n en qu e 
la f ia bi l ida d de un sist e m a c e nt ra l iza d o de pe nd e de la f ia bi l ida d de l 
c om put a dor , de form a qu e s i e l c om put a do r fa l la , t od o e l s is t e m a que d a si n 
c ont rol . 
Maten a 
pr l rn a 
A 
A 
Contro l Centra lizad o 
N 
'A. 
D 
Rezas 
mecanizada ? 
Figura 1.10. Control centralizado 
1.5.3.2. Control multicapa 
Se pued e establece r un c ie rt o comprom is o ent r e la s venta ja s y 
desventa ja s de la a rquitec tur a comple tament e cent ra lizada , conformand o 
un a va rieda d de cont ro l je ra rquizad o de do s nive les . 
26 U PV -CFP 
Introducción a los Automatismos 
El nive l más ba j o se const it uy e mediant e cont roladore s loca le s par a el 
contro l de lazo s específico s o subproc e so s de l sist ema . Éstos se ocupa n 
de atende r a la s t a re a s de cont ro l co n rest ric c ione s t e m pora le s de carácte r 
crítico . El nive l supe rio r está c onst it uid o po r un computado r cent ra l qu e 
supervis a y e st a ble c e órdene s de c onsign a a lo s cont roladore s loca les . 
Además , a t ie nd e a la s t a re a s de optimizació n de la rg o a lcance , de 
procesamient o de informació n globa l y monitorizació n de l sist ema . En cas o 
de qu e el c om put a do r c e nt ra l fa l le , e l c ont ro l de la s va riable s de l proces o 
qued a ga ra nt iza do . 
Mate ri a 
prim a 
L J 
m. 
Dispceitiv o d e 
contro l 
Cont ro l d e Supervisió n 
i 
Dispositiv o d e 
contro l 
i . 
Dispositiv o d e 
contro l 
i 
1 — 
V 
Dispceitiv o cfc 
contro l 
n 
rieza s 
m e c a niza da s 
Figura 1.11. Control multicapa 
1.5.3.3. Con tro! je rá rquico 
Est a e st ruc t ur a a pa re c e c om o c onse c ue nc i a de l desarroll o de l 
concept o de c ont ro l m ul t ic a p a y de la ampliació n de la s t a re a s de cont ro l a 
los c onc e pt o s d e planificació n y gestió n e m pre sa ria l y la correspondient e 
asignació n a nive le s supe r iore s en la jerarquí a de c ont rol . 
1.5.3.4. Control distribuido 
A dife re nc i a de la e st ruc t ur a de c ont ro l jerárquico , dond e diferente s 
tarea s están a signa da s a dife re nt e s nive les , en e l cont ro l dist ribuid o se 
asume n ot ra s c onside ra c ione s qu e son : 
• Ex istenc i a de va ria s unida de s de c ont ro l y fabricació n qu e lleva n 
a cab o la s m ism a s t a re a s . 
• En c a s o qu e oc urr a un a avería o un a sobreca rg a de t raba jo , será 
posibl e t ra nsfe ri r t od o o pa rt e de la s t a rea s a ot ra s unidades . 
U p v - c f p 2 7 
Robotica y Automática 
Est a e st ruc t ur a int roduc e ve nt a ja s e inc onve nie nt e s . Por un a part e la 
ide a de pode r hace r by-pa s s a la s unida de s c o n proble m a s pe rm it e evita r 
lo s bloque o s inne c e sa rio s de l sist e m a , pe r o po r ot r a pa rt e ex ig e qu e la s 
dife re nt e s isla s de producció n pue da n t e ne r un a asignació n dinámic a de 
la s t a re a s y po r lo t a nt o se le s v a a ex igi r gra n c a pa c ida d de acces o a la 
comunicació n y de t ra t a m ie nt o de la información . Además , es necesa ri a la 
ex istenc i a de a lgori t m o s int e l ige nt e s de detecció n de fa llo s y diagnosis . 
Am ba s filosofía s pose e n característica s mu y int e re sa nt e s y es po r e ll o 
qu e en lo s sist e m a s a ut om a t iza do s de producció n a c t ua le s ex ist e 
t e nde nc i a a mezc la r característica s de l c ont ro l dist r ibuid o en est ruc tura s de 
t ip o jerárquico , re sult a nd o soluc ione s de t ip o m ix t o . 
En sum a , la na t ura le z a dist r ibuid a c ont r ibuy e a inc rementa r la 
fiabil ida d de l sist e m a , a l igua l qu e s u m a nt e nim ie nt o , ya qu e lo s cambio s 
loca le s de l proc e s o o de su s inst a la c ione s sola m e nt e provoc a n e fec to s 
loca le s a l sist e m a de c ont rol . Por ot r a pa rt e , e l proc e s o cent ra lizad o de 
da to s pe rm it e un a optimizació n y supervisió n globa l . 
Lo s interíace s hombre-máquin a ba sa do s en c om put a dor , c rea n e 
entorn o apropiad o pa r a la comunicació n inte ligent e ent r e el sist em a de 
cont ro l y lo s ope ra dore s hum a nos . 
No obstante , est a e st ruc t ura , pes e a su s ve nt a ja s , no está exent a de 
a lguno s inconvenientes . Éstos son : un a disminució n de la ve loc ida d de 
comunicació n debid o a lo s re ta rdos , posible s de sborda m ie nt o s en el 
procesamient o de da to s en c a d a nive l y fa lt a de fluj o de informació n 
direc t a ent r e cont roladores . 
M a t e r i a 
p r i m a Depce-'tw o d e \ c e n t r o i * 
-• 
Cont ro l d e Supervisió n 
A I 
I 
Otepcsíttv o / d e unidade s d e cont ro l \ dbíribuid o 
DfepaertV o de 
contro l 
Disoosit iv o d e ¡ 
i 
contro l 
Sistem a Flex ibl e d e Fa b r i c a da s 
CtopC&ifW O d e I 
control f 
Piezas ' 
m e c a n iza da s 
Figura 1.12. Control distribuido 
28 UPV-CFP 
Introducción a los Automatismos 
1 5.4. Cua r t o n ive l 
Se correspond e co n e l concept o de Fabricació n Integrad a po r 
Computador , CIM (Compute r Integra te d Manufac turing) , dond e se 
contempl a la inclusió n de form a integrad a a la Producción , concepto s ta le s 
com o la Gestió n Empresa ria l , Planificación , Programació n etc . 
A est e respec t o la implantació n de un a est ra tegi a produc t iv a 
tota lment e integrad a no es un a t a re a senc ill a ni pued e se r abordad a a 
cort o plazo . La planificació n de un a est ra tegi a CIM, está siend o e l obje t iv o 
de mult itu d de artículos , c onfe re nc ia s y t e m a de numerosa s invest igac io -
nes . 
El estudi o de un a se ri e d e pa so s básico s a m plia m e nt e aceptado s 
pued e re sponde r a la cuestió n de cóm o e m pe za r cuand o se abord a ta re a 
de ta l m a gnit ud . 
Un a x iom a básic o de a m pli a aceptació n es e l siguiente : 
• 
"El CIM ha de planificarse "top down" ("de arriba a abajo"), pero 
debe implantarse "bottom-up" ("de abajo hacia arriba"). 
Est a e st ra t e gi a s e c onc re t a e n un a metodologí a e la bora d a a l respec t o 
qu e rec ib e e l nom br e d e Metodologí a CI M de Boo z Alie n & Hamilton . Est a 
metodologí a a plic a un a e st ra t e gi a progre siv a de automatización , avanzan -
do según un a se ri e d e e t a pa s : 
Células : Ra c iona l iza r la pla nt a . 
I sla s d e automatización : Apl ic a r automatizació n y sistema s de 
c ont ro l a la s células . 
Integració n d e isla s e n FMS (Flex ibl e Manufac turin g System) . 
Integració n de planta : Coordinació n d e FMS, implantació n de AM H 
(Aut om a t e d M a t e ria l s H a ndling) . 
Unión de l CAD/CA M y la planta . 
Integració n de lo s M PCS.(M a nufa c t urin g Plannin g & Cont ro l 
Systems) . 
UPV-CFP 29 
Robotica y Automática 
1.6. Concepto CIM: La Automatización Integrada por 
Computador 
Est e concept o es la bas e de la Automatizació n Integrad a - CIM (Com -
pute r Integrate d Manufac turing ) qu e t ien e com o obje t ivos : 
• Reduci r lo s nive le s de stoc k y aumenta r su rotación . 
• Disminui r lo s coste s direc tos . 
• Cont ro l de lo s nive le s de stoc k en t iemp o rea l . 
• Reduci r lo s coste s de ma te ria l . 
• Aumenta r la disponibilida d de la s máquina s mediant e la reducció n 
de lo s t iempo s de preparació n y puest a a punto . 
• Incrementa r la produc t ividad . 
• Mejora r el cont ro l de ca lidad . 
• Permit i r la rápid a introducció n de nuevo