Nota Técnica II - SISTEMAS INDUSTRIALES DISTRIBUIDOS: Una filosofía de automatización . Parte I

Introducción a los sistemas industriales distribuidos.

Las redes de comunicación son hoy en día un elemento habitual en gran parte de nuestras actividades, especialmente en tareas de oficina y hogar. En cambio, la introducción de sistemas de intercomunicación digitales en los entornos industriales no es tan amplia, aunque es una tendencia cada vez más generalizada, con una implantación de sistemas creciente dentro de cualquier ámbito industrial. 

Esta nueva metodología de sistemas de automatización de procesos redunda en una mayor eficiencia y optimización de los recursos, pudiendo implantar sistemas distribuidos que van desde meros procesos de fabricación y manufactura a una integración de diferentes áreas dentro de la empresa (fabricación, gestión de producción, almacenaje, control de calidad, ventas, distribución, etc.), permitiendo una mayor eficiencia en los procesos de fabricación. Por tanto, es preciso analizar las diferentes posibilidades a la hora de implantar nuevos elementos en una fábrica, pues si se desea tender a una gestión integral, es necesario que todos y cada uno de los aspectos de la fábrica sean concebidos para su intercomunicación con el resto. De este modo, desde los elementos de automatización (autómatas programables, sensores, actuadores, paneles de visualización, etc.) hasta los elementos de gestión y supervisión de fábrica pasando por dispositivos de control de procesos, deben ser capaces de intercomunicarse a través de redes industriales destinadas a tal efecto.

Desde luego, esta filosofía de implantación debe poder realizarse por etapas, sin pretender cambiar radicalmente sistemas industriales previamente implantados pero teniéndola en cuenta a la hora de instalar o modernizar viejas instalaciones, ya que no siempre es posible una intercomunicación global. Así, el concepto de Sistemas Industriales Distribuidos abarca un campo muy amplio, pues se puede aplicar en diferentes niveles dentro de una fábrica, desde la simple automatización de un proceso aislado a la gestión integral de una fábrica. Este hecho provoca que exista un gran número de posibilidades a la hora de la implantación de este tipo de instalaciones, pudiendo recurrir a diferentes elementos y tecnologías dependiendo de las necesidades y el tipo de automatización o intercomunicación que se desee llevar a cabo, haciéndose necesario un conocimiento de los diversos elementos y posibilidades para poder tomar decisiones a la hora de implantar las tecnologías y sistemas que mejor se adapten a los requisitos concretos, ya que cada tecnología o sistema de comunicación está orientado a unas aplicaciones determinadas. Por otro lado, a menudo existen tecnologías y sistemas con características similares orientados a un mismo rango de aplicaciones, con escasas diferencias excepto en la empresa que fabrica los elementos de comunicación. Este hecho provoca que no existan estándares completamente adoptados por el conjunto de la industria, ya que cada fabricante intenta diferenciarse del resto mediante el desarrollo de tecnologías y protocolos propietarios que sólo ellos pueden fabricar y distribuir, con lo que a menudo existen varias tecnologías orientadas a un mismo tipo de aplicaciones. Por tanto, resulta importante poder ser capaces de disponer de suficiente información acerca de los diferentes fabricantes y sus tecnologías para instalar los sistemas óptimos en cada uno de los diferentes niveles de la automatización de procesos industriales.

Desde siempre, el hombre ha intentado hacer su vida más fácil y cómoda. Para ello, a lo largo de la historia ha construido infinidad de aparatos capaces de facilitar las tareas habituales o permitir realizar trabajos nunca antes conseguidos debido a las limitaciones existentes. Este fenómeno es lo que podemos llamar la “evolución tecnológica” y que en estos últimos siglos ha sido espectacular si comparamos con etapas anteriores. Una posible definición de automatización industrial es: 

“El conjunto de técnicas basadas en sistemas capaces de recibir información del medio, sobre el cual actúan y se realizan acciones de análisis, organización y control, con el fin de optimizar los recursos productivos: mecánicos, materiales y humanos”

Hasta el siglo XX, el desarrollo tecnológico había venido de la mano de la revolución industrial en la que los sistemas mecánicos eran piezas clave para la industria y el desarrollo de los procesos industriales. Pero es en el siglo XX cuando los sistemas de automatización surgen con más fuerza, potenciados por los sistemas eléctricos basados en relés electromagnéticos en la primera mitad del siglo y de los sistemas electrónicos de estado sólido en su segunda mitad. Así, además de sus objetivos iniciales, el concepto de automatización se extiende a la mejora de producción y calidad, disminución de riesgos laborales, disminución de costes, etc.

Los trabajos realizados en el siglo XVIII en el campo de la electricidad y electromagnetismo desde Charles Coulomb y Benjamín Franklin permitieron que William Sturgeon inventara en 1824 la primera bobina, al comprobar que se inducía un campo magnético en el núcleo de ferrita al que se le había enrollado un cable por el que se hacía pasar una corriente. Pero es a Joseph Henry (foto) a quien se le atribuye el primer relé electromagnético conocido, cuyo dispositivo jugó un papel muy importante en el desarrollo del telégrafo, y posteriormente en el desarrollo de numerosos dispositivos eléctricos en general y en la automatización industrial en particular.

La aparición de los autómatas programables marcó un cambio en la industria de ensamblaje y líneas de producción. El concepto de línea de producción automatizada apareció entonces en la historia de la humanidad como un hecho real. Este pequeño aparato permitió que los procesos industriales fuesen desde entonces más eficientes, precisos, y lo que es mas importante, reprogramables, eliminando el gran costo que se producía al reemplazar el complejo sistema de control basado en relés y contactores, tanto por tamaño como vida útil.En un contexto industrial moderno, se puede definir la automatización como:

“Una tecnología que está relacionada con el empleo de sistemas mecánicos-eléctricos basados en computadoras para la operación y control de la producción”

Pero la mejora en los procesos de automatización viene hoy en día de la mano de las redes de comunicación. La intercomunicación de sistemas y procesos industriales no es un concepto nuevo, pues es ampliamente conocido el uso de sistemas como IEEE-488 y RS485/422 que durante más de 20 años han sido capaces de ofrecer los requerimientos necesarios en las instalaciones de baja y media complejidad en cuanto a las capacidades de intercomunicación se refiere. Este tipo de enlaces entre sistemas se ha empleado esencialmente para equipos de instrumentación y sistemas de automatización donde es necesaria una baja tasa de transferencia de datos entre equipos, pero que en gran número de casos hoy en día ya no puede responder a las necesidades de intercomunicación entre dispositivos que se demandan. Por ello, redes de comunicación como Ethernet han conseguido ser indispensables en un entorno de trabajo donde cada día es más necesaria la integración global. Por otro lado, en la actualidad se ha aproximado al mundo de los autómatas programables una serie de técnicos muy formados en el mundo de la electrónica, la informática y los microprocesadores, pero con poca experiencia en el diseño de sistemas de control y un cierto desconocimiento de las condiciones de entorno en las que debe operar un sistema de control industrial. Para este tipo de técnicos el diseño basado en un ordenador de procesos resulta fácil hasta que llegan a la interfaz con el proceso o la integración en el sistema de los captadores y accionamientos de potencia, para los cuales ciertamente los ordenadores normales no están preparados. De cualquier modo, cada vez más, los ordenadores y los autómatas se entremezclan en sus funciones, pero no tiene sentido plantearse la disyuntiva "Autómata u Ordenador de Proceso", sino que tanto el autómata como el ordenador son piezas de un conjunto superior que los engloba donde se mezclan y se combinan los  ordenadores, los controles numéricos, los robots y los propios autómatas, desempeñando cada uno ciertas funciones para las que están especialmente dotados y donde es necesaria la presencia de personal con conocimientos en un amplio número de campos como son la programación bajo PC, programación de autómatas programables, instalación y configuración de redes de comunicación,  instalación y selección de actuadores y sensores (pasivos e inteligentes), planificación e identificación de elementos a implantar, etc.
Describiendo diversos términos habitualmente empleados, podemos definir:

• Producir: Fabricar, elaborar cosas útiles.
• Producción: Suma de los productos del suelo o de la industria.
• Manufacturar: Fabricar con medios mecánicos. De un modo más general, el Consorcio Internacional para la Manufactura Avanzada lo define como una serie de actividades interrelacionadas que involucra el diseño y concepción del producto, selección de materiales, planificación, producción, aseguramiento de la calidad, gestión y marketing de mercancías y productos.
• Fabricar: Elaborar, producir objetos en serie, generalmente por medios mecánicos.

En este contexto, a pesar de que ambos términos a veces se mezclan, producir se refiere a un proceso concreto de creación o transformación de materias primas para obtener un producto con características diferentes a las de las materias primas de las que se origina. En cambio, fabricar (o manufacturar) es un concepto más amplio que involucra diversos aspectos relacionados con la creación de un producto y que entre ellos incluye la producción del mismo. Por tanto, los sistemas de automatización industrial y su funcionamiento distribuido forman parte de un concepto de mayor entidad encaminado a la optimización global de una fábrica mediante la mejora de los procesos de fabricación, la reducción de costes, incremento en la calidad, mejora de la eficiencia, mayor flexibilidad en los procesos de producción y, en general, todos aquellos factores que permitan adaptarse de manera eficiente a las necesidades del mercado al que está orientado el producto. Todo esto sin perder de vista los principales objetivos de cualquier empresa: ser competitivo, crecer y aumentar las ganancias. Para conseguir estos objetivos, es necesario tener en cuenta los siguientes factores:

• Bajo coste de producción
• Buen diseño de producto
• Altos niveles de calidad con bajo factor de rechazo
• Tiempos de entrega cortos y a tiempo (acorde al plazo comprometido)
• Bajo tiempo de desarrollo de nuevo producto
• Flexibilidad para la admisión de pedidos particularizados
• Flexibilidad en el volumen de producción

Continuación Parte II

Alfredo Rosado Muñoz

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