Autómatas


Según el diccionario, un autómata es una máquina automática programable capaz de realizar determinadas operaciones de manera autónoma y sustituir a los seres humanos en algunas tareas, en especial las pesadas, repetitivas o peligrosas; puede estar dotada de sensores, que le permiten adaptarse a nuevas situaciones. Esta definición nos va a servir para comenzar a trabajar con este concepto, e introducirnos en el interesante mundo de los autómatas en general, y los autómatas industriales en particular.



Antiguo autómata mecánico.


Los actuales sistemas de automatización industrial pueden considerarse como herederos de los autómatas mecánicos del pasado. La anterior definición de autómata índica que un autómata es una "máquina que imita la figura y los movimientos de un ser animado". Pero esto no siempre es asi, ya que en general, muchas tareas pueden ser realizadas sin necesidad de que el ente que las realice tenga forma "humanoide".


La realización física de los automatismos ha dependido continuamente del desarrollo de la tecnología implementándose en primer lugar mediante tecnologías cableadas como la neumática, circuitos de relés electromagnéticos, tarjetas electrónicas. En las dos últimas décadas se han abandonado las tecnologías cableadas sustituidas por los autómatas programables.


Los sistemas de automatización industrial han recibido un gran impulso en este siglo XX sobre todo por parte de la industria del automóvil. El término automatización fue acuñado en 1947 por Delmar S. Halder de la compañía automovilística Ford en Detroit. Halder opina que la automatización debería ser un concepto global que abarque todos los diseños y dispositivos realizados para conseguir una plena automatización de la producción. Inicialmente Halder desarrolló su campaña dentro de Ford, pero se extendió por si sola al resto de la industria.


Tecnologías cableadas


Las primeras tecnologías disponibles para implementar controladores de sistemas de eventos discretos, se basaban en la aplicación de tecnologías cableadas, lo que se denominaba automatismos cableados. Se utilizaban principalmente las tecnologías neumática y electromecánica.


Los relés electromagnéticos disponen de contactos accionados por una bobina electromagnética. La puesta en tensión de la bobina hace que los contactos conmuten debido a la fuerza electromagnética creada. Los relés electromagnéticos pueden efectuar conmutaciones de grandes corrientes. Continúan siendo interesantes para automatismos muy sencillos. Aunque han sido prácticamente sustituidos por autómatas programables, se siguen utilizando alrededor de ellos en particular para realizar los circuitos de seguridad.



Automatismo basado en relés


En las instalaciones de las fábricas de Automóviles se instalaban grandes armarios en paralelo con las líneas de producción. Dentro de estos armarios se construía mediante circuitos de relés electromagnéticos la inteligencia que controlaba el proceso de fabricación. Esta tecnología funcionaba y por supuesto se fabricaban coches pero no estaban excentos de problemas. Los tiempos de parada ante cualquier avería eran apreciables. Si saltaba una parada de emergencia, se tenia que reiniciar manualmente el sistema, dado que se perdía el estado de la producción.


A finales de los años cincuenta los fabricantes de automóviles necesitaban nuevas y mejores herramientas de control de la producción. Los "nuevos controladores" debían ser fácilmente programables por ingenieros de planta o personal de mantenimiento. El tiempo de vida debía ser largo y los cambios en el programa tenían que realizarse de forma sencilla. Finalmente se imponía que trabajaran sin problemas en entornos industriales adversos. La solución fue el empleo de una técnica de programación familiar y reemplazar los relés mecánicos por relés de estado sólido.


El desarrollo de los autómatas programables


Los autómatas programables se introducen por primera vez en la industria en 1960 aproximadamente. Bedford Associates propuso un sistema de control denominado Controlador Digital Modular (Modicon, Modular Digital Controler) al fabricante de automóviles General Motors. Otras compañías propusieron a la vez esquemas basados en computadoras de la época, uno de los cuales estaba basado en el PDP-8. El MODICON 084 resultó ser el primer PLC del mundo en ser producido comercialmente.



MODICON 084 (1968)


Los automatismos programados son aquellos que se realizan utilizando los Autómatas Programables o controladores programables (más conocidos por su nombre inglés: PLC, programmable logic controller).


Las funciones de comunicación comenzaron a integrarse en los autómatas a partir del año 1973. El primer bus de comunicaciones fue el Modbus de Modicon. El PLC podía ahora establecer comunicación e intercambiar informaciones con otros PLC's. La implantación de los sistemas de comunicación permitió aplicar herramientas de gestión de producción que se ejecutaban en computadoras, enviando ordenes de producción a los autómatas de la planta. En las plantas se suele dedicar un autómata programable a ejecutar la función de gestión. Este autómata recibe las ordenes de producción y se encarga de comunicarlas a los autómatas programables dedicados a control. A su vez estos los autómatas de control envían el estado de la producción al autómata de gestión.


Con el paso de los años, los automatas se fueron haciendo cada vez más rápidos, pequeños, potentes y baratos. Hoy, un autómata puede tener un tamalo similar al que tenia un solo relé hace 20 años, y ser capaz de gestionar una linea de producción. Ese tipo de autómata es el que vamos a estudiar a lo largo del año.


Un automatismo eléctrico es una máquina secuencial con dos partes fundamentales. La parte destinada al control y la parte destinada a la potencia. Es importante destacar que cualquier automatismo eléctrico es una máquina secuencial. Normalmente en la programación del automatismo eléctrico es necesario conocer el estado de las entradas. Para conocer dicho estado se recurre a los sensores, definiendo un sensor como un un dispositivo que detecta magnitudes físicas o químicas y las transforma en variables eléctricas. Las magnitudes físicas a detectar pueden ser temperatura, intensidad luminosa, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, etc.


Estos datos se transforman en el sensor en magnitud eléctrica. La magnitud eléctrica en la que se pueden transformar está en función del tipo de sensor. Por ejemplo en una LDR la radiación se transforma en variación de resistencia eléctrica. En un micrófono, la variación de la presión acústica se transforma en una variación de capacidad si el micrófono es por condensador. En un termopar, la variación de temperatura se transforma en variación de tensión y en un fotodiodo polarizado inversamente, la variación de la radiación se transforma en variación de corriente.


>Es necesario hablar de los sensores en los automatismos eléctricos porque ellos nos traducen las magnitudes físicas en magnitudes eléctricas. Los automatismos eléctricos usan estos datos para procesar dicha información de forma secuencial y accionar las salidas correspondientes.


Finalmente: ¿Qué es un automatismo eléctrico?


Es un circuito eléctrico que sigue una secuencia previamente establecida. El automatismo puede ser cableado o programado.


En ambos casos siempre vamos a distinguir dos partes. Una de control y otra de potencia. Más adelante volveremos sobre este tema.