La comunicación en la automatización industrial

 La comunicación en la automatización Industrial requiere medios, protocolos y compatibilidad, para que los sensores y actuadores interactúen con el Controlador Lógico Programable.

La comunicación en la automatización industrial

Se considera comunicación al intercambio de información entre 2 partes.

Se dice que para que  exista compatibilidad, se deben comprenden los mensajes entre los involucrados  (sensores, plc, actuadores).

La comunicación básica de control

En los controles tradicionales, los dispositivos de entrada (detectores, botones pulsadores, etcétera) son los emisores, y  el medio por el que se trasmite la información son los conductores eléctricos.

La información de inicio viaja del nivel de campo al nivel de control, de los sensores al  PLC (controlador lógico programable).

La comunicación inicial

Tienen un enlace de comunicación de punto a punto, llamada así porque  cada sensor se conecta a una entrada del PLC.

En las máquinas automatizadas relativamente antiguas utilizan este método llamado “arquitectura de medios tradicional” es  decir atreves de múltiples cables.

La comunicación de un punto a punto

El PLC recibe los datos y los procesa de acuerdo a un programa preestablecido y lo envía a un tercero.

Procesamiento de datos

La comunicación se realiza en 2 pasos, haciendo uso de un mando intermedio llamado preactuador.

El preactuador hace la función de interface entre  la señal de control y la energía de potencia que alimenta al actuador.

La comunicación de salida

Solo para ilustrar la función del preactuador, se muestra un contactor (un interruptor electromagnético trifásico con mando por bobina).

En la automatización moderna de manufactura industrial, se prefieren equipos electrónicos como los convertidores de frecuencia variables (VFD).

Cableado tradicional y cableado basado en Bus de campo, de las entradas de control

El medio de comunicación en la arquitectura moderna de la automatización industrial,  utiliza el  llamado Bus de campo “Field Bus”.

Un bus de campo es un sistema de trasmisión de datos, que simplifica la instalación sustituyendo al mazo de cables.

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Electroválvulas servopiloteadas

 Las electroválvulas servopiloteadas hacen la función de un preactuadores en los sistemas automatizados que utilizan  de potencia fluida.

Electroválvulas servopiloteadas

Se emplean en el funcionamiento o el paro de cilindros y motores neumáticos o hidráulicos, y operan  a partir de una señal de control.

Las electroválvulas utilizan solenoides (electroimanes) como pilotajes para accionar las válvulas distribuidoras.

Electroválvulas

La señal de control de 24 Voltios de corriente directa proviene del Controlador lógico Programable  (PLC) y alimenta las bobinas "solenoides". 

Preactuador neumático

Para evitar el calor se utilizan  pequeñas bobinas, estas mueven una pequeña válvula para que la presión del sistema desplace un carrete.

 Con el carrete se distribuye el aire a presión, y se permite la salida de aire del sistema de potencia, así  se obtiene el movimiento del vástago del cilindro.

Electroválvula servopiloteada neumática

 Las bobinas son pequeñas forman parte de un electroimán con poca fuerza, mueven una pequeña válvula auxiliar  “de servopilotaje”.

El servopilotaje  permite que la presión del sistema desplace el carrete que distribuye el aire a presión, hacia el cilindro neumático.

Electroválvula servopiloteada biestable

Tienen un accionamiento manual que se emplea para verificar el desplazamiento mecánico de la válvula. 

El accionamiento manual no entra en funcionamiento automático.

Símbolo de una electroválvula neumática servopiloteada

El prefijo servo  señala que se utiliza un sistema o un mecanismo auxiliar.  

Las electroválvulas suelen traer su símbolo, y su lectura nos ayudará a entender   su funcionamiento.

Símbolos de electroválvulas servopiloteadas neumáticas

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Preactuadores para motores eléctricos

 Los preactuadores para motores eléctricos son dispositivos que se emplean en el funcionamiento y en el paro de un motor eléctrico, y operan  a partir de una señal de control.

Preactuadores para motores eléctricos

Los preactuadores hacen la interacción entre el sistema de control y el sistema de potencia.

Interacción entre control y potencia de preactuadores eléctricos

Entre ellos  están los contactores, los controladores variadores de frecuencia  “VFD” (Variable Frecuency Drive) y los arrancadores suaves (Soft Stater).

El contactor es el  ejemplo más sencillo de un preactuador.

Contactor preactuador

Un contactor está diseñado como un interruptor trifásico accionado por una bobina.

En la actualidad, en la automatización industrial los contactores electromagnéticos tienen  desventajas con los preactuadores electrónicos.

En ambientes industriales los contactores  (y arrancadores) de estado sólido  voltios son recomendados.

Conexiónes de preactuadores, de arranque directo y reversible

Un VFD es un dispositivo electrónico con el cual se varía la velocidad de un motor trifásico, controlando el voltaje y la frecuencia suministrada.

Controlador variador de frecuencia  preactuador

Y con ello se optimiza procesos, por ejemplo se puede programar y regular velocidades de motores de trasportadores o  bombas. 

También cuenta con dispositivos de protección integrados en el dispositivo. 

Los arrancadores suaves se utilizan para el arranque progresivo de motores trifásicos.

Arrancador suave  preactuador

Los arrancadores suaves (soft start), son arrancadores electrónicos que  limitan la corriente y el par de arranque, evitando esfuerzos de trasmisiones mecánicas, y caídas de voltajes por puesta en marcha directa de motores.

Los preactuadores electrónicos  ofrecen ahorro de energía eléctrica y menor actividad de mantenimiento.

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Actuadores

 Los actuadores son dispositivos que mueven algo, de acuerdo a  órdenes de salida del control y utilizando una fuente de energía.

Actuadores

Hacen la función de nuestras extremidades, nos movernos para realizar labores.

Los actuadores proporcionan la fuerza para mover otras piezas, es decir “actúan” para hacer un  trabajo.

 Sustituyen al ser humano en actividades industriales  como sujetar, cortar, empujar, doblar, subir, bajar, trasladar, amasar, etcétera.

Actuadores industriales

El término “actuador” hace referencia a un conjunto de elementos de un mismo género, donde  su misión es proporcionar la fuerza para realiza un trabajo.

Se localizan a nivel de campo es decir en el área de trabajo y forman junto a los sensores,  la base de la pirámide de automatización.

Actuadores en la base de la pirámide de automatización

El término de "sensores y actuadores" suelen ser empleado para definir el nivel de campo de la pirámide de automatización.

Nivel de campo

 Aquí también en este nivel de campo se encuentran los  efectores finales, que hacen la función de las herramientas de trabajo, posicionan y  sujetan un sinfín de herramientas. 

Efectores finales en el nivel de campo  

También para subir la información y bajarla como órdenes, en la automatización  industrial se utilizan “redes de comunicación” como parte de los sistemas informáticos.

Se refiere a las instalaciones físicas señaladas como “Hardware”,  medio de trasporte para que con el sistema de control, permita que interactúen sensores y actuadores.

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