AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS - Nelson y Any

Vista previa del material en texto

DISEÑO DE MAQ. DE TECNOLOGÍA INTER. PARA LA IND. ALIM.
 
ING. SERGIO ANCHIRAICO COSQUILLO
INTRODUCCIÓN
La automatización de los procesos industriales a través de los años ha dado lugar a un avance espectacular de la industria, todo ello ha sido posible gracias a una serie de factores entre los que se encuentran las nuevas tecnologías en el campo mecánico, la introducción de los computadores, y sobre todo el control y la regulación de sistemas y procesos. 
La incorporación de los computadores en la producción es, sin lugar a dudas, el elemento puente que está permitiendo lograr la automatización integral de los procesos industriales. La aparición de la microelectrónica y de los microprocesadores ha facilitado el desarrollo de las técnicas de control complejas, la robotización, la implementación de sistemas de gobierno y la planificación. Todos estos elementos llevan consigo la reducción de costes, el aumento de la productividad, la mejora del producto, producción con una calidad constante, proveer cantidades necesarias de insumos en los momentos precisos, e incrementar la flexibilidad de las herramientas. 
En la segunda mitad del siglo pasado, se consideraron tres grandes rubros para medir el grado de industrialización de un país. Estos eran: Industria Eléctrica, Industria Petrolera e Industria Siderúrgica. Ahora hay que agregar el grado de Automatización que tiene la industria de un país para que se pueda decir que es industrializado y en qué nivel. Según expertos en el tema, en la industria pesada, tal como la siderúrgica y la energética (Eléctrica y Petróleo principalmente), sus procesos deben estar automatizados cuando menos en un 70% para que se puedan considerar como actualizados y cumplan con los estándares de calidad mínimos. Es un hecho que con procesos automatizados, las industrias progresan en cuanto que producen con mayor calidad y en menos tiempo, es decir, se hacen más competitivas.
Por todo lo mencionado anteriormente se plantean los siguientes objetivos:
· Analizar y entender el proceso de automatización y control de procesos.
· Enfatizar la importancia para los procesos industriales.
AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS
2.1 DEFINICIÓN
La automatización es definida como la acción y el efecto de convertir ciertos movimientos corporales en movimientos automáticos o indeliberados. También se puede definir como la ciencia que trata de sustituir en un proceso al operador humano por dispositivos mecánicos o electrónicos. O también lo definen como un sistema capaz de ejecutar acciones previamente establecidas en espacio y tiempo sin la necesidad de intervención humana. 
Un sistema de control automático es aquel que controla una variable física sin intervención humana. Esta variable física puede ser una temperatura, una velocidad, una presión, un flujo o gasto, un nivel, etc. El controlar una magnitud física como las mencionadas anteriormente es estrictamente necesario para el buen desarrollo de determinados procesos sobre todo en la industria.
El control automático llamado simplemente automatización ha sido la base sobre la cual descansa el gran adelanto industrial de los países más poderosos del planeta.
Esto es así porque los procesos industriales susceptibles de ser automatizados, cuando operan así, entregan un producto de mucha mejor calidad que cuando son manejados nada más por personas. Desde luego que se tiene un riesgo de desempleo. En nuestro país se ha introducido ya la Automatización en cierto grado. Pero los aparatos con que se realiza esa automatización de Procesos no se fabrican aquí (PLC o Computadoras Digitales)
Para controlar una variable física es necesario conocer su magnitud, es decir, es necesario medirla. Entonces podemos decir que la técnica de las mediciones, es la base en que se apoya la técnica del Control Automático.
2.2 EVOLUCIÓN HISTÓRICA
i. Aquí un breve resumen de la evolución del control automático:
FIGURA 1. Resumen de la evolución del control automático
ii. En la antigüedad
En la cultura Egipcia se describió por primera vez como autómatas (maquinarias que se mueven por si solas).
En la Grecia de Aristóteles aparecieron los primeros mecanismos que se movían a través de dispositivos hidráulicos, poleas, palancas y etc. 
Mucho más tarde cuando el perfeccionamiento de la mecánica permitió construir autómatas complejos, principalmente en 5 áreas: 
· Monumentos religiosos e históricos
· Modelos de astronomía 
· Dispositivos para el entrenamiento
· Mesas decorativas 
· Androides (hombres mecánicos)
El primer autómata fue el GALLO DE LA CATEDRAL de Estrasburgo (construida en 1354, que aparece al dar la hora, batiendo las alas y cantando. 
FIGURA 2. Imagen del Gallo de la catedral de Estrasburgo
FIGURA 3. Imagen del molino de viento (1575)
iii. Siglo XVII y XVIII
En los siglos XVII y XVIII fueron la edad de oro de los autómatas por el desarrollo de la mecánica de precisión requerida en la fabricación de los relojes. 
FIGURA 4. Imagen de los relojes antiguos 
También a partir del siglo XVII empezaron a aplicarse las ideas de los autómatas a las primeras máquinas de la industria textil. Es desde este momento que se empezó la mecanización y automatización de los procesos industriales (siglo XVIII). 
FIGURA 5. Imagen de la primera máquina textil
FIGURA 6. Imagen de la primera máquina de vapor (1819)
Fue en ese momento cuando se empezó a desarrollar los dos elementos básicos que inciden en la automatización de los procesos industriales: los sistemas de control que permiten gobernar el funcionamiento de las máquinas y las máquinas automáticas que realizan las operaciones de producción. 
iv. Siglo XIX
Se caracterizó porque predomino as tecnologías eléctricas. 
FIGURA 7. Imagen de máquinas eléctricas (1879)
v. Siglo XX y XXI
· Desarrollo de la electrónica a principios del siglo XX
· Desarrollo de los autómatas programables (a partir de los años 1960)
Historia:
· En 1968, la compañía GM HYDRAMATIC realiza un concurso para la propuesta de un controlador electrónico que sustituya a las soluciones de control cableado utilizadas hasta ese momento.
· La propuesta ganadora corresponde a la consultora BEDFORD ASSOCIATES, que propone un Controlador Lógico Programable (PLC). El primer PLC comercial denominado MODICON 084. Richard Morley, es considerado en la actualidad el padre del PLC. 
FIGURA 8. Imagen de un PLC
· Desarrollo de los microprocesadores (a partir de los años 1970)
Actualidad: gran variedad de autómatas
a. Compactos y sencillos para aplicaciones incluso domesticas 
· Abrir/ cerrar puertas
· Control de iluminación, línea automatizada de producción de productos alimentarios.
· Otros. 
FIGURA 9. Imagen de una línea automatizada de productos de galletería
b. Evolución continua de los sistemas de comunicación 
· Redes de autómatas
· Redes de sensores/ actuadores
· Múltiples estándares de comunicación 
2.3 COMPONENTES DE UNA AUTOMATIZACIÓN
Un sistema automatizado puede ser de lazo abierto o en lazo cerrado. En el primer caso la variable física a controlar, por ejemplo la velocidad de un motor no se retroalimenta a un controlador. En el segundo caso la variable física a controlar, se retroalimenta a un controlador a fin de que éste equipo (controlador) compare con el valor requerido el cual se ha fijado de antemano y decida si hay que efectuar alguna corrección, en caso de que la variable a controlar salga del rango en que deba estar.
a) Sistema de control en lazo abierto:
Aquellos en los que la variable de salida (variable controlada) no tiene efecto sobre la acción de control (variable de control) es decir, que la señal de salida no influye sobre la entrada. 
Estos sistemas se controlan directamente, o por medio de un transductor y un actuador. En este segundo caso el diagrama de bloques típico será:
La función del transductor es modificar o adaptar la señal de entrada, para que pueda ser procesada convenientemente por los elementosque constituyen el sistema de control.
El control en lazo abierto suele aparecer en dispositivos con control secuencial, en el que no hay una regulación de variables sino que se realiza una serie de operaciones de manera de terminada. Esa secuencia de operaciones puede venir impuesta por eventos (event-driven) o por tiempos (time-driven). Se programa utilizando PLCs (controladores de lógica programable).
Ejemplos:
Lavadora:
· Funciona sobre una base de tiempos
· Variable de salida “limpieza de la ropa” no afecta al funcionamiento de la lavadora.
Semáforos de una ciudad
· Funcionan sobre una base de tiempo
· Variable de salida “estado del tráfico” no afecta el funcionamiento del sistema
Ventajas: Facilidad de diseño. Inconvenientes: Incapacidad de respuesta ante perturbaciones. 
b) Sistema de control en lazo cerrado:
Aquellos en los que la señal de salida del sistema (variable controlada) tiene efecto directo sobre la acción de control (variable de control).
El control retroalimentado o a lazo cerrado tiene la característica de que medimos cierta cantidad de la salida y luego la comparamos con un valor deseado, y el error resultante lo utilizamos para corregir la salida del sistema.
Realimentación: Propiedad por la cual se compara la salida con la entrada al sistema, de modo que se establezca una función entra ambas. También se la denomina “feedback”. 
Estos procesos son tan antiguos como el hombre mismo ya que en nuestro organismo tenemos un sinnúmero de procesos automáticos en lazo cerrado tales como: nivel de adrenalina, nivel de glucosa, mecanismo de visión, sistema nervioso etc., etc.
Ejemplo: Control iluminación de calles
El sistema de control, a través de un transductor de realimentación, conoce en cada instante el valor de la señal de salida. De esta manera, puede intervenir si existe una desviación en la misma.
Ventajas: Mejor respuesta ante perturbaciones. Mejor precisión en la respuesta. 
Inconvenientes: Dificultad en su diseño. Utilización de muchos componentes.
Los principales componentes de un sistema de control de lazo cerrado:
1. Proceso a controlar
2. Sensor o detector que mide la variable física a controlar e informa esta medición al controlador (transductor).
3. Controlador (corrección). Es el cerebro que, de acuerdo a la información enviada por el sensor, toma decisiones para corregir si este es el caso a la variable física bajo control. (regulador). Elemento más importante.
4. Comparador (detector de error). Elemento que forma parte del controlador o puede estar fuera de él y compara el valor de la variable física a controlar con el valor que debe tener y que se denomina referencia, informando esto al controlador.
5. Actuador. Elemento que recibe las instrucciones del controlador para actuar en un sentido o en otro y corregir así el valor de la variable a controlar. Por ejemplo, abrir o cerrar una llave para que fluya más o menos líquido hacia un recipiente. Acondiciona la señal de salida para introducirla en el comparador (captador).
Los procesos industriales están caracterizados por los sistemas de control que automatizan sus procesos. 
Un Controlador Lógico Programable, también llamado PLC, es un aparato digital electrónico con una memoria programable para el almacenamiento de instrucciones, permitiendo la implementación de funciones específicas, a saber: lógicas, secuencias, temporizados, conteos y aritméticas; con el objeto de controlar máquinas y procesos. Los PLC son utilizados donde se requiera tanto de controles lógicos como secuenciales, o ambos a la vez.
Su aplicación es generalizada en diferentes procesos industriales: tratamiento de aguas, calefacción, climatización, control de acceso, puertas automáticas, distribuidores automáticos, máquina de lavado de vehículos, máquina de acondicionamiento, embalaje e imprenta, equipos médicos, manipuladores, accionamiento de bombas, construcción mecánica, mantenimiento, maquinaria textil, etc.
El controlador programable tiene una estructura muy semejante a los sistemas de programación, como el computador, cuya estructura física (hardware) está constituido por: 
· Fuente de alimentación.
· Unidad de procesamiento central (CPU).
· Módulos o interfases de entrada/salida (E/S).
· Módulos de memoria.
· Unidad de programación.
a. Fuente de alimentación:
La función de la fuente de alimentación en un controlador, es suministrar la energía eléctrica a la CPU y demás tarjetas según la configuración del PLC. En los circuitos interiores de una fuente de alimentación se transforma la tensión alterna de la red a tensión continua, en niveles que garanticen el funcionamiento del hardware del PLC. A la fuente de alimentación también se le conoce como la fuente de poder: Power Supply.
b. Unidad de procesamiento central (C.P.U.)
Es la parte más compleja e imprescindible del controlador programable, en otros términos, podría considerarse el cerebro del controlador. La unidad central está diseñada en base a microprocesadores y memorias. Las memorias son del tipo ROM y RAM. La memoria ROM (Read Only Memory), es una memoria de lectura, que permanece fija en el CPU, contiene el sistema operativo con que opera el controlador, no se borra. La memoria RAM (Random Access Memory), memoria de acceso aleatorio, es una memoria volátil y fácil de modificarla.
En la memoria RAM se ubican:
· La memoria del usuario.
· Los temporizadores.
· Los contadores.
· Los bits o memorias internas.
· Base de datos.
c. Módulos o interfases de entrada y salida (E/S) 
Son los que proporciona el vínculo entre la CPU del controlador y los dispositivos de campo del sistema. A través de ellos se origina el intercambio de información ya sea para la adquisición de datos o la del mando para el control de máquinas del proceso.
d. Tipos de módulos de entrada y salida 
Debido a que existen gran variedad de dispositivos exteriores (captadores actuadores), encontramos diferentes tipos de módulos de entrada y salidas, cada uno de los cuales sirve para manejar cierto tipo de señal (discreta o análoga).
Discreta; la señal está definida dentro de un rango determinado de tiempo. Las señales discretas son utilizadas para establecer una secuencia finita de instrucciones las cuales se basan en solo dos valores 0 (cero) y 1 (uno), por eso reciben el nombre de discretas ya que contienen poca información. Estas señales se pueden almacenar y se pueden reproducir con toda fidelidad.
Análoga; son señales continuas tanto en el tiempo como en la amplitud. Las características principales de las señales analógicas son de alta potencia de transmisión y transmisión a grandes distancias.
· Módulos de entradas discretas
· Módulos de salidas discretas
· Módulos de entrada analógica
· Módulos de salida analógica
e. Módulos de memorias 
Son dispositivos destinados a guardar información de manera provisional o permanente. Se cuenta con dos tipos de memorias,
· Volátiles (RAM)
· No volátiles (EPROM y EEPROM)
f. Unidad de programación 
Los terminales de programación, son el medio de comunicación entre el hombre y la máquina; estos aparatos están  constituidos por teclados y dispositivos de visualización
Existen tres tipos de programadores los manuales (Hand Held) tipo de calculadora, Los de video tipo (PC), y la (computadora).
2.4 ETAPAS EN LA AUTOMATIZACIÓN
Especificación: Conocer la planta o proceso, estudio y definición de necesidades, estudio y definición de variables a controlar. 
Automatización: Elección de sensores y accionamientos, Algoritmos y leyes de control, Simulación, Diseño e implementación de los equipos (hardware y software)
En esta fase elemental hay que desarrollar los pasos siguientes relacionados con el GRAFCET (Grafo de Estados y transiciones) y la puesta en marcha de automatismos:
- Observación del proceso a controlar y generación del GRAFCET de primer nivel en su descripción funcional.
- Selección del automatismo (autómata programable, regulador digital autónomo).
- Selección y cableado físico de sensores y actuadores, con las secciones de entradasy salidas del automatismo.
- Generación del GRAFCET de segundo nivel en su descripción tecnológica.
En estas líneas, la fase de automatización coincide con todas las propuestas que hacen las referencias bibliográficas básicas de automatización y autómatas programables. En la fase de automatización aparecen diversas tecnologías, entre ellas la sensórica y la neumática, supeditadas a su conexión física con el automatismo (autómata programable, por ejemplo). La representación del control secuencial sobre el proceso se representa mediante GRAFCET. A partir de estas líneas, el GRAFCET generado pasa a denominarse GRAFCET de producción, en asociación con el módulo de producción.
Figura 10: Modelo de Gráfico de Estados y Transiciones GRAFCET
En la figura 10 se describen:
· Procesos a automatizar: etapas.
· Fenómenos necesarios para realizar un proceso: transiciones.
ETAPAS
El proceso se descompone en etapas:
- Se representan por cuadrados
- Se les asigna un número único
- La etapa inicial se indica con un cuadrado doble
CONDICIONES DE TRANSICIÓN
- Condición necesaria para la evolución de una etapa a otra
- Entre dos etapas siempre tiene que haber una condición
- Cada transición debe estar asociada una condición lógica
PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN
- Partiendo de la etapa inicial, las etapas se activarán cuando estando activa la anterior se cumpla la condición de transición
- Al activarse una etapa se desactiva la anterior
FIGURA 11: GRAFCET DE MÁQUINA DE TALADRAR
Una vez la fase de automatización ya está consolidada, hay que establecer la fase de supervisión.
Supervisión:
A continuación, en esta segunda fase, hay que desarrollar los pasos siguientes:
- Hay que reunir el máximo de especificaciones a priori sobre los estados posibles en las que se puede encontrar una máquina o un proceso, según la experiencia del agente encargado de la automatización o según las peticiones del cliente.
- Hay que definir los módulos a utilizar según la complejidad del problema (seguridad, modos de marcha, producción) y representar gráficamente el caso de estudio mediante los estados y las transiciones de la guía GEMMA (Guía de Estudios de modos de marcha y paro).
- Para cada módulo, hay que generar un GRAFCET parcial. Cabe destacar que en el caso de producción, el GRAFCET de producción ya se ha generado en la fase de automatización, de manera que lo que hay que establecer aquí es la relación con el resto de módulos. En el caso del módulo de modos de marcha el GRAFCET de conducción promueve la activación y desactivación del módulo de producción, que normalmente presenta un desarrollo secuencial cíclico. Finalmente, mediante el módulo de seguridad, el GRAFCET de seguridad pertinente vigila los dos módulos anteriores ante la posible aparición de fallos o situaciones de emergencia en el sistema automatizado.
- Los GRAFCET parciales se integran de forma modular y estructurada en un solo GRAFCET general que contemple todos los módulos enunciados en función de la complejidad del problema, mediante las reglas de forzado y las reglas de evolución.
- El operario procede a la supervisión cuando está vigilando la evolución del proceso controlado automáticamente, y está atento a la presencia de posibles imprevistos que merezcan activar el módulo de seguridad e intervenir directamente en el mismo.
Conviene indicar que GRAFCET muestra el control secuencial a modo de etapas de funcionamiento de la máquina/proceso, mientras que la guía GEMMA muestra la presencia de las acciones del operario humano en forma de estados de parada, funcionamiento y fallo.
Una vez la fase de supervisión ya está consolidada, hay que establecer la fase de interacción.
Interacción:
En la interacción entre la supervisión humana llevada a cabo por el operario y el proceso controlado por parte del automatismo, hay que concretar la intervención del operario mediante el diseño del panel de mando en función de las acciones físicas sobre dispositivos y la recepción de señales informativas visuales o acústicas.
Los dispositivos concretos a utilizar dependen de los módulos definidos en la fase denominada supervisión. En concreto, presentamos una disposición básica de dispositivos en la siguiente sección. Para el diseño del panel de mando se utilizan conceptos que aparecen en la normativa de seguridad en máquinas, así como especificaciones ergonómicas y el conjunto de situaciones a tratar mediante la guía GEMMA. La siguiente sección muestra en detalle esta integración. En función de la complejidad del problema, el operario debe conocer qué dispositivos necesita y si el panel es el adecuado o conviene hacer mejoras.
En automatización industrial, existe una gran diversidad de dispositivos, que se engloban en lo que se conoce como interfaz persona-máquina (HMI human-machine interface). La siguiente sección muestra una posible clasificación de interfaces persona-máquina en el ámbito industrial, mientras que la sección 2.4 aborda en detalle el diseño de una interfaz para su uso con la guía GEMMA. La comprensión de la fase de interacción es vital para que el usuario pueda clasificar las diversas situaciones que se dan en el sistema automatizado y procesar la información e intervenir con coherencia.
Implementación:
Sin duda, ésta es la parte más práctica del método y escapa a las pretensiones de este libro. Son sus pasos más significativos:
- Selección del lenguaje de programación del automatismo.
- Traducción de GRAFCET a lenguaje de programación.
Esta fase requiere las habilidades prácticas del operario en la programación de automatismos. Respecto a la traducción de GRAFCET a lenguaje de programación de autómatas –como, por ejemplo, el esquema de contactos-, algunos usuarios utilizan el GRAFCET de tercer nivel en su descripción operativa. Otros usuarios prefieren pasar directamente el GRAFCET de segundo nivel, en su descripción tecnológica, al formato de esquema de contactos. Existe otra posibilidad, que es la formulación de las etapas y transiciones del GRAFCET en la forma de biestables S/R (S set, R reset). Cabe destacar que el usuario debe respetar las singularidades observadas, ya que cada casa comercial genera su lenguaje de programación conforme a unas normas propias de diseño, de manera que lo único que queremos recalcar aquí de forma genérica es que la representación formal de la guía GEMMA ha de implementarse adecuadamente en el autómata programable correspondiente.
Una vez la fase de implementación está consolidada, hay que establecer la fase de pruebas.
Pruebas:
Una vez implementado el algoritmo general sobre el automatismo, el operario puede verificar dicho algoritmo por partes; vigilar la evolución del proceso o interactuar con el proceso controlado mediante el panel de mando, e incluso puede emular situaciones de emergencia para analizar cómo responde el sistema automatizado ante la implantación de la guía GEMMA. Frente a situaciones problemáticas, el operario puede depurar los algoritmos parciales, o añadir más estados que inicialmente no se habían tomado en consideración y rehacer el algoritmo general.
Evidentemente, para afrontar problemas complejos se recomienda dividir el problema en módulos funcionales básicos, y así poder rehacer el algoritmo de forma metódica sólo en las partes a rehacer. Conviene tener muy clara la identificación del aspecto a resolver y clasificar, si es posible, a qué fase corresponde.
La comprensión del método genérico que se acaba de exponer pasa por la amplia experiencia en el sector industrial de la automatización y claramente por la puesta en práctica de las ideas aquí expuestas.
La figura posterior muestra las diversas fases secuenciales e iterativas y constituyen un ejemplo de cómo estructurar un proyecto de automatización coherente atendiendo a las tecnologías necesarias para su desarrollo. Al incluir una fase de interacción, debe quedar claro que el operario forma parte del sistema persona-máquina diseñado, de ahí que una nueva figura puede clarificar el rol de la tarea del operario.
2.5 VENTAJASY DESVENTAJAS
Las principales ventajas de la automatización son:
· El aumento de rendimiento o productividad, debido a la reducción de los costes directos de mano de obra humana y gastos. 
· Mejora de la calidad o el aumento de la previsibilidad de la calidad.
· Instalar la automatización donde se requiere un alto grado de precisión.
· Sustitución de operadores humanos en las tareas que implican trabajo físico o monótono.
· Sustitución de los seres humanos en las tareas realizadas en ambientes peligrosos.
· Realización de tareas que van más allá de las capacidades humanas de tamaño, peso, velocidad, resistencia, etc.
· Mejora económica: Automatización puede mejorar la economía de las empresas, la sociedad o la mayoría de la humanidad. Por ejemplo, cuando una empresa invierte en la automatización, la tecnología se recupera su inversión, o cuando un estado o un país aumenta sus ingresos debido a la automatización como Alemania o Japón en el siglo 20.
· Reduce el tiempo de operación y el tiempo de manipulación de trabajo significativamente.
· Libera a los trabajadores a asumir otras funciones.
· Ofrece puestos de trabajo de nivel superior en el desarrollo, implementación, mantenimiento y funcionamiento de los procesos automatizados. 
· Mayor uniformidad en los productos producidos. 
· Un operario puede operar varias máquinas a la vez. 
· Fácil procesamiento de productos de apariencia complicada. 
· Flexibilidad para el cambio en el diseño y en modelos en un tiempo corto. 
· No se requieren operadores con experiencia. 
· Se reduce la fatiga del operador. 
· Mayor seguridad en las labores. 
· Fácil control de acuerdo con el programa de producción lo cual facilita la competencia en el mercado. 
· Permite simular el proceso de corte a fin de verificar que este sea correcto.
· Disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades necesarias en el momento preciso.
· Eficiencia, ya que una máquina no toma descansos.
Las principales desventajas de la automatización son:
· Amenazas de seguridad/vulnerabilidad: Un sistema automatizado puede tener un limitado nivel de inteligencia, y por lo tanto son más susceptibles a cometer errores fuera de su ámbito de aplicación inmediata del conocimiento.
· Impredecible/costes de desarrollo excesivo: La investigación y la evolución de los costes de automatizar un proceso puede exceder el costo ahorrado por la propia automatización.
· Alto coste inicial: La automatización de un nuevo producto o una planta típicamente requiere una inversión inicial muy grande en comparación con el coste unitario del producto, aunque el costo de la automatización se puede propagar entre muchos productos y en el tiempo.
· Alto costo de la maquinaria. 
· Falta de opciones o alternativas en caso de fallas. 
· Los costos de mantenimiento aumenta, ya que el sistema de control es más complicado y surge la necesidad de entrenar al personal de servicio y operación.
· Es necesario mantener un gran volumen de producción a fin de lograr una mayor eficiencia de la capacidad instalada. 
2.6 EJEMPLOS DE AUTOMATIZACION EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
“Reducción de costes e incremento del control, que se traduce en una mejora de la seguridad alimentaria”
1. INDUSTRIA CÁRNICA
La continuidad en los procesos de trabajo aumenta la eficiencia en la producción total. Por ejemplo, en una producción automatizada se pueden evitar las interrupciones para cargar la maquinaria con producto. El funcionamiento simultáneo de las diversas máquinas contribuye al flujo continuo de producción y optimiza el consumo de energía al eliminar las variaciones de voltaje.  El desarrollo de automatización se puede distinguir en cuatro niveles:
a. Empieza con la ejecución de tareas diferentes de una máquina por controles basados en programas informáticos.
b. El próximo paso es a través de varios componentes de transporte y depósito en el que las máquinas automatizadas se conectan a una línea de producción.
c. El siguiente nivel lo forma la unificación de controles y manejos de máquinas singulares en el panel de mando centralizado desde cual la línea de producción es manejada.
d. A través del mismo, el cuarto y último nivel es realizado: El control común en el panel de mando centralizado es integrado en un sistema de gestión de mercancías sobrepuesto.
1.1. Auto-Command: La solución basada en Windows para cortar y mezclar
El Auto-Command es un mando basado en Windows™ disponible en diversas versiones y que permite un procesamiento del producto basado en una receta para todos los cúteres, mezcladoras y mezcladoras-picadoras. Incluso recetas complicadas se pueden producir de manera segura y repetible. El manejo automático de todas las funciones de la máquina garantiza una estandarización y alto nivel del producto procesado. Cada carga es procesada según la receta y parámetros predeterminados, incluso la duración del proceso de corte con velocidades distintas y la adición diferida de materia. Se evita un sobre-corte del producto ya que el proceso se detiene automáticamente de acuerdo a los parámetros seleccionados. El plan de producción memoriza las recetas en el orden deseado y las procesa de manera independiente, además está equipado con un calculador de recetas integrado, que ajusta las cantidades del material base de forma independiente cuando se cambia la cantidad total. En la pantalla el operador puede ver siempre las fases de trabajo en proceso, la adición de ingredientes o el consumo de electricidad y controlar el proceso, en caso necesario, una intervención manual es posible.
El módulo de servicio muestra los requerimientos de mantenimiento, los mensajes de error, las funciones de interruptor finales y las asignaciones SPS; una identificación de fallos es posible con el esquema de distribución en un espacio separado. En caso necesario se permite el acceso remoto a un técnico para eliminar los fallos. También con respecto a la administración de gastos y materiales el Auto-Command optimiza la eficiencia, la función de gasto total identifica la cantidad de cada ingrediente en un periodo elegido o en cargas listas, el gasto se puede observar y planear  la compra de material  a largo plazo. Además los datos pueden ser transmitidos al sistema ERP de la empresa y considerados en la administración de recursos. El Auto-Command graba todas las etapas de trabajo, mediante esta información el proceso de producción se puede analizar para identificar el potencial de optimización o identificar posibles errores. Por otra parte, el registro de datos puede servir para asegurar la calidad a largo plazo, por ejemplo durante las auditorías.
Gracias a la administración de operadores, cada usuario obtiene su autorización individual para el uso de la máquina. Todas las funciones pueden ser manejadas desde fuera de la producción gracias a la oportunidad de conectar puestos de trabajo adicionales al sistema. La dirección de producción puede examinar o revisar los datos registrados o añadir recetas nuevas. Además, esta función permite un control permanente de la producción y garantiza una calidad óptima.
El control escaneado de las cargas: Un paso opcional en el proceso de automatización es la instalación del control escaneado de las cargas, disponible para todas las máquinas con el Auto-Command. Particularmente cuando productos diferentes son procesados en proximidad inmediata se recomienda este equipo para controlar la adición del material. Los códigos RFID o Bar de cada contenedor de material base son escaneados y memorizados en el mando del programa de las recetas. Si se realiza una adición errónea o en tiempo inadecuado, el dispositivo de carga cierra, garantizando un turno correcto. Al mismo tiempo una trazabilidad de los materiales base y de cada carga es posible.
 La unificación de máquinas individuales en una línea de producción: Para capacidades más largas y el uso de más que un tipo de máquina, instalaciones de transporte ofrecen la posibilidad de conectar máquinas individuales en una línea de producción, con el sistema de transporte adecuado– una banda transportadora, un husillo de sinfín o una bomba –  cada material puede ser transportado de manera continua y óptima. Las instalaciones transportadoras remplazan el transporte en carros de carga entre etapas de producción. La velocidad y la higiene de la producción aumentan y el personal es aliviado físicamente; se necesita menos personal y la eficiencia de la producción crece. Para el mantenimiento de la calidad hay varios equipos disponibles, por ejemplo, detectores de metal, colocados en la banda transportadora.
 Posibilidades de análisis de grasa: Una opción en la automatización del proceso de carne es la posibilidad de la medición exacta del contenido de grasa, un análisis exacto tiene una función importante para la estandarización del contenido de grasa en el producto final y para el cuidado de su calidad. Con la medición exacta, los materiales base pueden ser aprovechados al máximo y los productos precisamente calculados. Las soluciones in-line son ideales para las líneas de producción, las extracciones de pruebas durante el flujo se omiten y el flujo de la producción no es interrumpido, las correcciones pueden efectuarse sin atraso, evitando mezclas posteriores o daño al producto.
El análisis de grasa mediante NIR (infrarrojo cercano) es una posibilidad de medir el contenido de grasa de la carne en las líneas de producción de Seydelmann. La superficie en el siguiente paso en la banda transportadora de un paso al siguiente en la banda transportadora. Los resultados en tiempo real del método NIR asemejan en su exactitud a los análisis de laboratorio convencionales.
El análisis mediante rayos X también es posible, siendo el método más preciso para determinar el contenido de grasa en el producto base y carne procesada. El producto es transportado en una banda transportadora integrada en un área de análisis y es medido continuamente por medio de dos fuentes radioscópicas. El contenido de grasa es analizado con una variación menor del 1% y atribuido al peso del material.  La seguridad del producto incrementa al ir identificando cuerpos extraños en el mismo de una forma segura, en comparación a los detectores de metales detectan otros materiales como huesos y vidrio. En ambos casos, los resultados medidos son transmitidos por un control integrado a las correspondientes interfaces situadas en el flujo de producción delante del análisis de grasa. Mediante esta información se adapta la alimentación del producto sobre el control de receta y el producto final siempre muestra el mismo contenido de grasa.
 La integración completa
La mejor combinación de máquinas es asegurada con el panel de mando centralizado, uniendo y controlando todas las funciones, como la velocidad, el nivel de vacío, la inyección de gas, y el análisis de grasa, siendo manejadas y controladas por una persona.
El panel de mando centralizado ofrece la posibilidad de utilizar el suministro de tensión independiente (USV).En casos de corte de alimentación eléctrica breve, la producción continúa, en caso de apagones prolongados, el sistema se apaga de manera segura evitando pérdida de datos.
Por último, la línea de producción puede conectarse con etapas anteriores o posteriores de producción a través del panel de mando centralizado. También, una integración en la red de la empresa, sobre todo el sistema ERP, es posible. Contabilizaciones manuales se eliminan, porque la de gestión de mercancías es comunicada continuamente, la demanda para siguientes planes de producción determinada y el procesamiento completo documentado. Aparte de las máquinas dentro del proceso, se pueden integrar otros ámbitos de producción y una asignación completa de los materiales base en los productos finales, que están embalados individualmente.
El primer resultado de la automatización es el aumento de la productividad y  rentabilidad. A futuro se puede predecir que la automatización seguirá imponiéndose y como respuesta es importante aprovechar todo el potencial de optimización.
2. INDUSTRIA LACTEA
Una planta de pasteurización es un buen ejemplo de procesos alimentario. Cumple los requerimientos de todo proceso:
a. Seguridad: Se deben minimizar los riegos del proceso. Para el ejemplo, trabajar con fluidos calientes, riesgos de contaminación, etc.
b. Especificaciones de producción: Las comentadas en el apartado anterior.
c. Regulaciones medioambientales: Si no lo están en el proceso sí que lo están, por ejemplo, en las calderas que calientan el agua para la obtención de vapor.
d. Restricciones de proceso
e. Economía
Como ejemplos de magnitudes a controlar en el proceso se encuentra el nivel de los depósitos, caudales, porcentaje de la materia grasa de la leche, temperaturas de salida de los intercambiadores de calor.
El sistema de control debe cumplir los objetivos propuestos:
i. Suprimir la influencia de perturbaciones (cambios en las variables de proceso no deseados) externas: P.ej., variaciones en la temperatura de los servicios –vapor, agua caliente o fluido refrigerante– en los intercambiadores de calor de placas.
ii. Asegurar la estabilidad del proceso. 
iii. Optimización del rendimiento.
No es sencillo justificar las mejoras en el sistema de control de un proceso debido, entre otras, a las siguientes razones: Pequeños márgenes de beneficio.
1. Depósito regulador. 2. Pasteurizador de la leche. 3. Depósito de retención. 4. Centrífuga desnatadora. 5. Válvula modulante. 6. Homogeneizador. 7. Densímetro. 8. Pasteurizador de la nata. 9. Panel de estandarización
Esquema del sistema de control de temperatura de un pasteurizador de leche
CONCLUSIONES
· La automatización en un término complejo que incluye dos términos: el proceso automático y el control de procesos. 
· En evolución de la automatización se marcó diferencia a inicios del siglo XVII donde se da inicio en la fabricación de las primeras máquinas industriales mecanizables y de ahí en adelante se da la mejora continua con innovación, tecnología y ciencia como se conoce hasta la actualidad.
· Los componentes de un sistema automatizado pueden ser de lazo cerrado y abierto, siendo el más usado el de lazo abierto ya que la retroalimentación nos permitirá identificar un error en el sistema y corregirlo. El más importante de los componentes de un sistema es el controlador (toda decisiones para la corrección), un ejemplo de ello es el controlador lógico programable (PLC) muy usado en la industria alimentaria.
· La automatización es una pieza fundamental en las empresas con grandes volúmenes de producción.
· Para obtener un control automático de una operación o todo el proceso de un producto es necesario seguir las fases de la automatización.
· Para poder realizar una automatización es indispensable los conocimientos en lenguajes de programación
· La automatización de las máquinas tiene la ventaja de aumentar el rendimiento o productividad de las empresas y de esta manera mejorar la calidad o el aumento de la previsibilidad de la calidad de los productos, esto debido a la reducción de los costes directos de mano de obra humana; sin embargo la inversión inicial para la implementación de esta tecnología, así como para el posterior mantenimiento que se les dará a estas máquinas es muy costosa.
· La automatización en la industria alimentaria permite la reducción de costes e incremento del control, que se traduce en una mejora de la seguridad alimentaria.
· La industria cárnica utiliza diferentes programas para la automatización, un ejemplo es el Auto-Command que es la solución basada en Windows para cortar y mezclar. Se evita un sobre-corte del producto ya que el proceso se detiene automáticamente de acuerdo a los parámetros seleccionados.
RECOMENDACIONES
· Es necesario automatizar los procesos en la industria alimentaria para obtener producto de mayor calidad y cero errores como lo es el controlador lógico programable (PLC).
· La automatización no se debe aplicar cuando no exista una predisposición por parte de todo el cuerpo laboral (gerencial, operativo y administrativo),ya que la implantación de nuevas tecnologías requiere de nuevas estructuras organizativas y nuevas formas de comunicación interdependiente.
· La automatización puede ser el mejor aliado en una industria, pero hay que tener en cuenta que también puede cometer errores si uno no lo programa de manera correcta. Es por ello la necesidad de hacer un buen modelo gráfico de lo que se quiere automatizar, y su correcta traducción a un lenguaje de programación.
BIBLIOGRAFÍA
· Torres, F. (s.f.). “Introducción a la automatización y el control”. 
· Sanfeliu C. A. (2005). “Evolución histórica de la automatización de los procesos industriales”. 
· Guerra P. A. (s.f.). “Evolución histórica de los procesos de control”. 
· Roman, P. (s.f.) Manual del contenido del participante. PLC Basico. Ternium
· GARCIA MORENO, Emilio; “Automatización de Procesos Industriales”, Alfaomega Grupo Editor, México, 2001.
· MOPIN, Poblet; “Electrónica y Automática”, Prentice Hall, México.
· SEVDELMANN, A. (2014). “Las ventajas de la automatización en el procesamiento industrial de la carne”, disponible en: http://www.industriaalimenticia.com/articles/86997-86997-las-ventajas-de-la-automatizacin-en-el-procesamiento-industrial-de-la-carne, consultado el 24 de noviembre del 2014