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Industria bajo control

Evitar errores, aumentar la precisión y trabajar de forma continua son ventajas de la automatización

La automatización es un signo de modernidad que ha traído beneficios en la producción industrial. Evitar errores, aumentar la precisión en algunos procesos o trabajar de forma continua son algunas de las ventajas que ha dado. Sin embargo, el modelado de sistemas sigue en manos del ser humano, ya sea eficientando los procesos o prediciendo posibles fallas en los equipos

Eréndira Reyes

[dropcap]S[/dropcap]egún el Instituto de Investigaciones en Matemáticas Aplicadas y Sistemas (IIMAS) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), la automática se define como el conjunto de métodos y procedimientos para la sustitución del operario en tareas físicas y mentales, previamente programadas. Así, la automatización debe entenderse como la aplicación de la automática al control de procesos industriales.

Este tipo de aplicación (la automática) ha tenido un gran número de cambios en la última década, pues los lenguajes y usos de los sistemas computacionales se han incrementado. Esto no sólo es válido para los sistemas de las grandes industrias, sino que ha trascendido a la operación de los corporativos, pequeños inmuebles e, incluso, a nivel casa habitación.

No obstante, si se habla de la automatización a nivel industrial, habrá que destacar que ésta tiene dos grandes vertientes: la de procesos y la de manufactura, esto es, que la automatización para la primera se manifestará en aquellos sectores cuya producción dependa de tiempos precisos en toda la cadena de producción. Por su parte, la automatización en la manufactura es más flexible en los tiempos, porque se puede manipular en todo el proceso. Así, ambas presentan necesidades distintas, pero tienen el objetivo compartido de entregar un producto de calidad, en un tiempo determinado.

Los procesos, según el IIMAS, son aquellos segmentos de toda la cadena de producción en los que, a partir de la entrada de material, energía e información, se genera una transformación de la materia prima sujeta a perturbaciones del entorno, que da lugar a la salida de ésta en producto final. En la industria hay tres tipos de procesos: procesos continuos, procesos discretos y procesos por lotes.

Problemas de control más frecuentes

De manera general, en el país pueden diferenciarse dos grandes segmentos industriales: el enfocado en manufactura y el que se especializa en procesos.

La industria manufacturera se caracteriza por tener máquinas que utilizan control numérico y que cuentan con un ordenador como núcleo de sistemas de fabricación; esto hace su operación más flexible. En esta industria destaca el uso de estaciones robotizadas enfocadas en tareas como soldadura por puntos, pintura, montaje de piezas, etcétera. El sistema de automatización cobra un papel importante en la asignación de tareas a cada máquina.

En cambio, la industria de procesos tiene una labor a gran escala en forma continua, pues las máquinas trabajan casi sin parar. Industrias como la cementera, de alimentación o petroquímica realizan este tipo de procesos. Su sistema de automatización debe aplicar algoritmos de control avanzados o formar operarios en las salas de control mediante simuladores, pues la producción no puede detenerse de forma sencilla.

Para el segundo caso, el ingeniero Óscar Serrano, country manager de Honeywell, indica que “es usual encontrar sistemas de control distribuido (DCS) y el uso de autómatas programables para tareas secuenciales, los cuales se programan en caso de tener algún fallo en la sala de control”.

El control en procesos de manufactura es distinto. Éste monitorea las actividades por realizar en cada una de las líneas de producción, detecta las cantidades de productos por generar, la distribución de materia prima y el tiempo en el que se genera la producción total. El proceso por lotes también suele realizarse en la industria manufacturera, por lo que el sistema de automatización tendrá que adecuarse al tipo de producción.

“Normalmente, el enfoque que tiene la industria es hacer los procesos de forma eficiente, sin que se afecte la calidad de producto ni se incrementen los costos de producción. Por eso es importante utilizar un sistema de automatización que regule a éstos”, resalta el ingeniero.

Los controles aplicados deberán concordar con las necesidades de cada industria, los cuales se dividen principalmente en dos: control secuencial y regulación continua. El caso del secuencial propone estados y transiciones, en una secuencia ordenada, que identifica la evolución dinámica del proceso.

En cambio, la regulación continua se apoya en una estructura de control clásica, donde se aborda la acción de control proporcional, la acción de control derivativo y la acción de control integral, mediante una cierta variable, como el caudal o la temperatura. Por ejemplo, una planta de producción automotriz requiere un control secuencial en cada una de sus líneas, que observe lo que sucede en la sala de pintado de forma distinta a lo que controla en la zona de corte.

En el caso de la regulación continua, el control se aplica en toda la línea de producción, como sucede en un laboratorio farmacéutico, donde el control de temperatura es fundamental en todo el proceso, pues en caso de tener una variación o falla se tendrán que aplicar protocolos de emergencia en la producción.

Elementos del sistema de automatización

Entre las herramientas que ocupan el control secuencial o la regulación continua dentro de la planta, el autómata programable (PLC), el ordenador industrial y los reguladores, ya sean analógicos o digitales, son los elementos más utilizados.

“Una de las aplicaciones de mayor éxito es la combinación del autómata programable (PLC) con la tecnología electroneumática. A partir de ésta, se han ofrecido soluciones de automatización basadas en el posicionamiento, orientación y transporte de material dentro de la planta, lo que ayuda en gran medida a la operación que tienen otras máquinas, como lo que hacen ciertos robots en las salas de pintado”, informa la empresa de automatización ABB.

“Los reguladores industriales son dispositivos generados de forma clara para la regulación continua de variables. Durante años, se ha trabajado en el regulador analógico tradicional, pues ha sido el elemento capaz de controlar procesos en los que se requiere el monitoreo de temperatura o el control de caudal o presión. Sin embargo, con los avances en la electrónica digital y la informática industrial, los reguladores han pasado a ser controladores digitales autónomos polivalentes, que se adaptan a un rango de tensiones y corrientes y hacen posible que un mismo controlador regule diversas variables”, indica el ingeniero Serrano. Asimismo, detalla que “el avance en el uso de bloques lógicos de programación ha hecho posible el manejo de sistemas secuenciales”.

Los elementos que constituyen un sistema de automatización industrial también consideran la integración de sistemas complementarios y empiezan a controlar sistemas eléctricos, de HVAC o sistemas hidráulicos de forma más refinada, pues la tendencia, según los expertos, no sólo es integrar, sino operar con dispositivos inalámbricos.

El papel de la mano de obra en los procesos

El primer paso para poner en marcha un proyecto de automatización es tener claros los requerimientos del proyecto. En su tesis doctoral sobre Diseño y Automatización Industrial, el investigador español, Antoni Granolles, establece que: “Es común encontrar una definición vaga de los requerimientos, argumentando que el integrador conoce el proceso o que normalmente ya tienen experiencia al respecto. Una definición clara por parte del dueño del proceso es un punto de partida clave para el proyecto, y mientras más detallado, mayores son los beneficios tanto en términos económicos como de plazos”.

No tener suficiente información sobre la producción, el tipo de producto, el tipo de proceso, las dimensiones arquitectónicas de la planta, el tiempo de producción y sus horarios de operación dificulta la ejecución.

El desarrollo de especificaciones es un momento posterior pero, del mismo modo, debe quedar bien establecido, pues direccionará las necesidades en términos de función, desempeño, restricciones de tiempo y costo en cada una de las etapas de producción. Si las especificaciones no cumplen con las necesidades del consumidor, el producto puede ser un fracaso en el mercado, lo que se traduce en pérdida de competitividad para el usuario que lo implementa.

Para evitar esta situación, el ingeniero Serrano aconseja obtener los requerimientos técnicos y funcionales de cada sistema, sobre todo si éstos se integran a uno solo. Para ello, es importante que se detalle cómo será la aplicación final, si se utilizarán estándares en ciertos procesos (como la garantía de cero burbujas de aire en la pintura de autos), qué tan amplia podrá ser la arquitectura de control, la definición del lugar donde estarán las pantallas de control, qué sistemas de seguridad se tendrán, si habrá alguna alarma o protocolo de emergencia y qué tipo de mantenimiento y operación tendrán algunos sistemas.

Hay procesos más refinados, dependiendo de la industria y sector al que estén destinados. La industria farmacéutica, por ejemplo, aplica criterios de emergencia más estrictos que las industrias de juguetes o zapatos; en el primer caso, el producto final se atiene a pruebas de calidad rigurosamente normadas.

La comunicación que los sistemas complementarios tendrán con el sistema de automatización no debe soslayarse. “Anteriormente, la forma de resolverlo era el uso de traductores; pero, a la fecha, hay sistemas eficientes que pueden integrar básicamente todos los sistemas para entenderse entre ellos”, comenta el ingeniero Óscar Serrano.

Así pues, deberá evaluarse la concordancia de los programas y la viabilidad de que trabajen juntos; en caso contrario, integrar un decodificador que posibilite la comunicación entre equipos. De esta forma, los sistemas de aire acondicionado, por ejemplo, lograrán interactuar según lo requerido por cierto proceso y, de igual modo, la iluminación o el sistema hidráulico sabrán en qué momento es necesario brindar más luz o distribuir más agua.

El siguiente paso, quizás el más importante, es la aprobación del cliente, quien validará si el diseño de sistema es adecuado para las funciones que realizará el sistema de automatización central.

Los equipos y complementos de sistemas de aire acondicionado, electricidad o hidráulicos suelen tener manuales de operación, métodos para llegar a ciertas condiciones de ambiente y definición de la energía que utilizarán para cada proceso. Mantenerlos de acuerdo con las condiciones que cada línea de producción necesita es la labor principal de la programación, la cual no debe variar mucho.

Lee el reportaje completo en la edición de mayo 2016, ya en circulación.

Revista Mundo HVACR mayo 2016

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