2.6 Controladores programables

Los PLC (Programmable Logic Controller en sus siglas en inglés) son dispositivos electrónicos muy usados en Automatización Industrial.

PLC es un hardware industrial, que se utiliza para la obtención de datos. Una vez obtenidos, los pasa a través de bus (por ejemplo por ethernet) en un servidor.

Su historia se remonta a finales de la década de 1960 cuando la industria buscó en las nuevas tecnologías electrónicas una solución más eficiente para reemplazar los sistemas de control basados en circuitos eléctricos con relés, interruptores y otros componentes comúnmente utilizados par el control de los sistemas de lógica combinacional. 

Hoy en día, los PLC no sólo controlan la lógica de funcionamiento de máquinas, plantas y procesos industriales, sino que también pueden realizar operaciones aritméticas, manejar señales analógicas para realizar estrategias de control, tales como controladores proporcional integral derivativo (PID).

Los PLC actuales pueden comunicarse con otros controladores y computadoras en redes de área local, y son una parte fundamental de los modernos sistemas de control distribuido. 

Existen varios lenguajes de programación, tradicionalmente los más utilizados son el diagrama de escalera (Lenguaje Ladder), preferido por los electricistas, lista de instrucciones y programación por estados, aunque se han incorporado lenguajes más intuitivos que permiten implementar algoritmos complejos mediante simples diagramas de flujo más fáciles de interpretar y mantener. Un lenguaje más reciente, preferido por los informáticos y electrónicos, es el FBD (en inglés Function Block Diagram) que emplea compuertas lógicas y bloques con distintas funciones conectados entre sí.

En la programación se pueden incluir diferentes tipos de operandos, desde los más simples como lógica booleana, contadores, temporizadores, contactos, bobinas y operadores matemáticos, hasta operaciones más complejas como manejo de tablas (recetas), apuntadores, algoritmos PID y funciones de comunicación multiprotocolo que le permitirían interconectarse con otros dispositivos.

Ventajas e inconvenientes de los PLC's

Entre las ventajas tenemos: 

Menor tiempo de elaboración de proyectos. 

Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros componentes. 

Mínimo espacio de ocupación. 

Menor costo de mano de obra. 

Mantenimiento económico. 

Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo autómata. 

Menor tiempo de puesta en funcionamiento. 

Si el autómata queda pequeño para el proceso industrial puede seguir siendo de utilidad en otras máquinas o sistemas de producción. 

Y entre los inconvenientes:

Adiestramiento de técnicos. 

Costo.

Funciones básicas de un PLC

Detección: Lectura de la señal de los captadores distribuidos por el sistema de fabricación.

Mando: Elaborar y enviar las acciones al sistema mediante los accionadores y preaccionadores.

Dialogo hombre maquina: Mantener un diálogo con los operarios de producción, obedeciendo sus consignas e informando del estado del proceso.

Programación

Unidad 3 - Integración de Sistemas Mecatrónicos

3.1 Metodología para la solución de problemas de ingeniería

La resolución de problemas es una parte clave de los cursos de ingeniería, y también de los de ciencias de la computación, matemáticas, físicas y química. Por lo tanto, es importante tener una estrategia consistente para resolver los problemas. También es conveniente que la estrategia sea lo bastante general como para funcionar en todas estas áreas distintas.

La metodología general para la solución de problemas en la ingeniería, consta de seis pasos:

1. Definición del problema

2. Análisis de la solución

3. Diseño de la solución y Ejecución 

4. Prueba y Depuración

5. Documentación 

6. Mantenimiento.

Definición del problema

Es el enunciado del problema, el cual debe ser claro y completo. Es fundamental conocer y delimitar por completo el problema, saber que es lo se desea realizar, mientras esto no se conozca del todo, no tiene caso continuar con el siguiente paso. 

Análisis de la solución

Consiste en establecer una serie de preguntas acerca de lo que establece el problema, para poder determinar si se cuenta con los elementos suficientes para llevar a cabo la solución del mismo, algunas preguntas son:

¿Con qué cuento?

Cuáles son los datos con los que se va a iniciar el proceso y si los datos con los que cuento son suficientes para dar solución al problema.

¿Qué hago con esos datos?

Una vez que tenemos todos los datos que necesitamos, debemos determinar que hacer con ellos, es decir que fórmula, cálculos, que proceso o transformación deben seguir los datos para convertirse en resultados.

¿Qué se espera obtener?

Que información deseamos obtener con el proceso de datos y de que forma presentarla; en caso de la información obtenida no sea la deseada replantear nuevamente un análisis en los puntos anteriores.

Diseño de la solución Y Ejecución

Una vez definido y analizado el problema, se procede a la creación del algoritmo (Diagrama de flujo) en el cual se da la serie de pasos ordenados que nos proporcione los pasos que seguiremos es una forma explícita de visualizar la solución del problema.

La Ejecución es realizar lo planeado, ya sean los cálculos pertinentes y demás acciones que conllevan resolver el problema.

Prueba y Depuración

Prueba es el proceso de identificar los errores que se presenten durante la ejecución de la solución. La Depuración son los correctivos que se deben tomar, para eliminar los errores que se hayan detectado durante la prueba, para dar paso a una solución adecuada y sin errores. .

Documentación

Es la guía o comunicación escrita que sirve para registrar toda la información que registra los datos del problema y el como fue solucionado,es conocida como Manual Técnico, 

Mantenimiento

Se lleva a cabo después que se ha estado trabajando un tiempo, y se detecta que es necesario hacer un cambio, ajuste y/o complementación a la solución original para que siga trabajando de manera correcta. Para realizar esta función, el problema debe estar debida mente documentado, lo cual facilitará la tarea.

3.2 Criterios de selección de componentes y                        

dispositivos

Se denomina componente electrónico a aquel dispositivo que forma parte de un circuito electrónico. Se suele encapsular generalmente en un material cerámico, metálico o plásticos y terminar en dos o más terminales o pastillas metálicas. Se diseñan para ser conectados entre ellos, normalmente mediante soldadura en un circuito impresa.

Se denomina componente electrónico a aquel dispositivo que forma parte de un circuito electrónico. Se suele encapsular, generalmente en un material cerámico, metálico o plástico, y terminar en dos o más terminales o patillas metálicas. Se diseñan para ser conectados entre ellos, normalmente mediante soldadura, a un circuito impreso, para formar el mencionado circuito.

Hay que diferenciar entre componentes y elementos. Los componentes son dispositivos físicos, mientras que los elementos son modelos o abstracciones idealizadas que constituyen la base para el estudio teórico de los mencionados componentes. Así, los componentes aparecen en un listado de dispositivos que forman un circuito, mientras que los elementos aparecen en los desarrollos matemáticos de la teoría de circuitos.

De acuerdo con el criterio que se elija podemos obtener distintas clasificaciones. Seguidamente se detallan las comúnmente más aceptadas.

1. Según su estructura física

Discretos: son aquellos que están encapsulados uno a uno, como es el caso de los resistores, condensadores, diodos, transistores, etc.

Integrados: forman conjuntos más complejos, como por ejemplo un amplificador operacional o una puerta lógica, que pueden contener desde unos pocos componentes discretos hasta millones de ellos. Son los denominados circuitos integrados.

2. Según el material base de fabricación.

Semiconductores 

No semiconductores.

3. Según su funcionamiento.

Activos: proporcionan excitación eléctrica, ganancia o control

Pasivos: son los encargados de la conexión entre los diferentes componentes activos, asegurando la transmisión de las señales eléctricas o modificando su nivel

4. Según el tipo energía.

Electromagnéticos: aquellos que aprovechan las propiedades electromagnéticas de los materiales (fundamentalmentetransformadores e inductores).

Electroacústicas: transforman la energía acústica en eléctrica y viceversa (micrófonos, altavoces, bocinas, auriculares, etc.).

Optoelectrónicos: transforman la energía luminosa en eléctrica y viceversa (diodos LED, células fotoeléctricas , etc.).

3.3 Integración de componentes y dispositivos

Sistema de automatización o de control de procesos con un sistema de ingeniería y con al menos un componente de automatización para la integración en el sistema de automatización o de control de procesos, caracterizado porque el sistema de ingeniería presenta un interfaz, a través del cual se acopla el componente de automatización al sistema de ingeniería y a través del cual se da a conocer el componente de automatización al sistema de ingeniería, porque el componente de automatización pone su funcionalidad a la disposición del sistema de ingeniería a través del interfaz, y porque el interfaz está previsto para la consulta de informaciones relevantes del sistema de ingeniería a través del componente de automatización.

Unidad 4 - Aspectos Legales de la Ingeniería

4.1 Normas nacionales

En la actualidad a nivel mundial las normas ISO 9000 e ISO 14000 son requeridas, debido a que garantizan la calidad de un producto mediante la implementación de controles exhaustivos, asegurándose de que todos los procesos que han intervenido en su fabricación operan dentro de las características previstas. La normalización es el punto de partida en la estrategia de la calidad, así como para la posterior certificación de la empresa.Estas normas fueron escritas con el espíritu de que la calidad de un producto no nace de controles eficientes, si no de un proceso productivo y de soportes que operan adecuadamente. De esta forma es una norma que se aplica a la empresa y no a los productos de esta. Su implementación asegura al cliente que la calidad del producto que él esta comprando se mantendrá en el tiempo.

¿Que es ISO?

Organización Internacional para la Estandarización (ISO) es una federación de alcance mundial integrada por cuerpos de estandarización nacionales de 130 países, uno por cada país.La ISO es una organización no gubernamental establecida en 1947. La misión de la ISO es promover el desarrollo de la estandarización y las actividades con ella relacionada en el mundo con la mira en facilitar el intercambio de servicios y bienes.

La familia ISO

Las series de normas ISO relacionadas con la calidad constituyen lo que se denomina familia de normas, las que abarcan distintos aspectos relacionados con la calidad:

ISO 9000: Sistemas de Gestión de Calidad

Fundamentos, vocabulario, requisitos, elementos del sistema de calidad, calidad en diseño, fabricación, inspección, instalación, venta, servicio post venta, directrices para la mejora del desempeño.

ISO 10000: Guías para implementar Sistemas de Gestión de Calidad/ Reportes Técnicos

Guía para planes de calidad, para la gestión de proyectos, para la documentación de los SGC, para la gestión de efectos económicos de la calidad, para aplicación de técnicas estadísticas en las Normas ISO 9000. Requisitos de aseguramiento de la calidad para equipamiento de medición, aseguramiento de la medición.

ISO 14000: Sistemas de Gestión Ambiental de las Organizaciones.

Principios ambientales, etiquetado ambiental, ciclo de vida del producto, programas de revisión ambiental, auditorías.

ISO 19011: Directrices para la Auditoría de los SGC y/o Ambiental

Las características más importantes y novedosas de esta serie son:

¸ La orientación hacia el cliente

¸ La gestión integrada

¸ El énfasis en el proceso de negocios

¸ La incorporación de la Mejora Continua

¸ La medición de la satisfacción del cliente

4.2 Normas Internacionales

La globalización económica conduce a la estandarización de los procesos productivos, generando que cualquier compañía deseosa de participar en el mercado mundial, cumpla con los estándares y además cuente con la certificación ISO.

Una norma es un documento de aplicación voluntaria que contiene especificaciones técnicas basadas en los resultados de la experiencia y del desarrollo tecnológico. Las normas son el resultado del consenso entre todas las partes interesadas e involucradas en la actividad que es objeto de ella. Además deben de ser aprobadas por un organismo normalizador reconocido. 

Organismos internacionales

ISO – Organización Internacional de Normalización

IEC – Comisión electrótécnica Internacional

ITU – Unión Internacional de Telecomunicaciones

Se hicieron las normas de medición para tener una mayor exactitud y un menor margen de error. La cual habla de las diferentes normas que se encuentran actualmente, así también como los diferentes países en donde se encuentran, como por empezar a nombrar algunas ISO, NOM, DIN.

Tipos de normas

ASME (American Society of Mechanical Engineers)

Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos. Es una asociación profesional, que además ha generado un código de diseño, construcción, inspección y pruebas para equipos. Entre otros, calderas y recipientes a presión. Este código tiene aceptación mundial y es usado en todo el mundo. Hasta el 2006, ASME tiene 120,000 miembros

DIN (Deutsches Institut für Normung)

('Instituto Alemán de Normalización'), es el organismo nacional de normalización de Alemania. Elabora, en cooperación con el comercio, la industria, la ciencia, los consumidores e instituciones públicas, estándares técnicos (normas) para la racionalización y el aseguramiento de la calidad. El DIN representa los intereses alemanes en las organizaciones internacionales de normalización (ISO, CEI, etc.).

El DIN fue establecido el 22 de diciembre de 1917 como Normenausschuss der deutschen Industrie (NADI). Una norma DIN de uso habitual es la DIN 476, que define los formatos (o tamaños) de papel y que ha sido adoptada por la mayoría de los organismos nacionales de normalización de Europa.

ISO (International Organization for Standardization), La Organización Internacional para la Estandarización es el organismo encargado de promover el desarrollo de normas internacionales de fabricación, comercio y comunicación para todas las ramas industriales a excepción de la eléctrica y la electrónica. Su función principal es la de buscar la estandarización de normas de productos y seguridad para las empresas u organizaciones a nivel internacional.

La ISO es una red de los institutos de normas nacionales de 157 países, sobre la base de un miembro por país, con una Secretaría Central en Ginebra, Suiza, que coordina el sistema.

4.3 Registros y Patentes

¿Que es y para que sirve la patente?

La patente es un privilegio de exclusividad, que otorga el Estado a un inventor o a su causahabiente (titular secundario) y sirve para que por un período determinado, el inventor explote su creación en su provecho, tanto para si mismo como para otros con su consentimiento.

El titular de una patente puede ser una o varias personas nacionales o extranjeras, físicas o morales, combinadas de la manera que se especifique en la solicitud, en el porcentaje ahí mencionado, sus derechos se pueden transferir por actos entre vivos o por vía sucesoria, pudiendo: rentarse, licenciarse, venderse, permutarse o heredarse.

¿Qué beneficios tiene el inventor cuando obtiene una patente?

-La seguridad que la protección de la patente le ofrece al inventor.

-Motiva la creatividad del inventor, ya que ahora tiene la garantía de que su actividad inventiva estará protegida durante 20 años y será el único en explotarla.

-Si la patente tiene buen éxito comercial o industrial, el inventor se beneficia con la o las licencias de explotación que decida otorgar a terceras personas.

-Evita el plagio de sus inventos.

-Debido a que la actividad inventiva no se guardara o sólo se utiliza para sí evitando su explotación industrial; el inventor siempre dará a conocer, publicitar y explicar los beneficios que su invento tiene.

-Por su parte el Gobierno mexicano a través de la patente promueve la creación de invenciones de aplicación industrial, fomenta el desarrollo y explotación de la industria y el comercio así como la transferencia de tecnología.

¿Cuáles son los términos y condiciones para el registro de patentes?

-En nuestro país la vigencia de una patente es de 20 años improrrogables contados a partir de la fecha de presentación de la solicitud de patente, siempre y cuando el titular cumpla con el pago de las tasas de mantenimiento anuales.

-Es obligación del titular de una patente explotar la innovación descrita en la misma, ya sea por sí mismo o por otros con su consentimiento, dentro del término de tres años contados a partir de su concesión o de cuatro años contados a partir de la presentación de la solicitud de patente correspondiente.

-La patente sólo podrá hacerse valer en los países en los que se haya presentado y concedido.

¿Qué se puede patentar?

Son patentables las invenciones siguientes:

·Las variedades vegetales.

Las invenciones relacionadas con microorganismos, como las que se realicen usándolos; las que se apliquen a ellos o las que resulten en los mismos.

·Los procesos biotecnológicos de obtención de farmoquímicos, medicamentos, bebidas y alimentos para consumo animal o humano, fertilizantes, plaguicidas, herbicidas, fungicidas o productos con actividad biológica.

·La titularidad de las invenciones de los trabajadores le corresponden a las empresas que los contrataron para realizar trabajos relacionados con las invenciones.

·Si la invención no está relacionada con los trabajos para los que fue contratado el empleado, la patente le correspondería al trabajador, quien podría otorgar a la empresa que lo contrató el derecho del tanto o de preferencia en igualdad de circunstancias, para la adquisición de su invento.

·Las invenciones de los trabajadores pertenecen por ley pertenecen a las empresas que los contrataron, por lo que en el contrato laboral, agregan una cláusula en la que se establece que los derechos intelectuales que se deriven de lo que el trabajador realice en la empresa sean concedidos a la misma.

¿Qué no se puede patentar?

·Los principios teóricos o científicos.

·Los descubrimientos que consistan en dar a conocer o revelar algo que ya exista en la naturaleza, aun cuando con anterioridad fuese desconocido para el hombre.

·Los esquemas, planes, reglas y métodos para realizar actos mentales, juegos o negocios y los métodos matemáticos.

·Los programas de computación.

·Las formas de presentación de información.

·Las creaciones estéticas y las obras artísticas o literarias.

·Los métodos de tratamiento quirúrgico, terapéutico o de diagnóstico aplicables al cuerpo humano y los relativos a animales.

·La yuxtaposición de invenciones conocidas o mezclas de productos conocidos, su variación de forma, dimensiones o materiales.

·No son patentables, por excepción, los procesos esencialmente biológicos para la obtención o reproducción de plantas, animales, o sus variedades, incluyendo los procesos genéticos o relativos a material capaz de conducir su propia duplicación, por sí mismo o por cualquier otra manera indirecta, cuando consistan simplemente en seleccionar o aislar material biológico disponible y dejarlo que actúe en condiciones naturales.

·Las especies vegetales, y las especies y razas animales.

·El material biológico tal como se encuentra en la naturaleza.

·El material genético.

·Las invenciones referentes a la materia viva que compone el cuerpo humano.