Diagnosis de averías y mantenimiento correctivo de sistemas de automatización industrial. ELEM0311

7.1. Gamas por frecuencia

Las gamas por frecuencia pueden ser diarias, mensuales o anuales.

Gamas diarias

Contienen tareas que se realizan de forma sencilla. La mayor parte de ellas son controles rutinarios tales como:

1 Controles visuales: ruidos, vibraciones y fugas.

2 Mediciones: tomas de datos, control de determinados parámetros.

3 Pequeños trabajos de limpieza y ajuste.

Todas estas tareas pueden realizarse con los equipos en marcha, por lo que no suponen ningún trastorno o retraso en la producción. A la hora de llevar a cabo un buen mantenimiento preventivo, la realización de estas tareas es indispensable.

Una vez finalizadas las rutas diarias, es necesario reflejar en un documento todas las anomalías detectadas para que se generen las órdenes de trabajo necesarias.

Este tipo de gamas no suele estar en el sistema informático de gestión de mantenimiento de la planta.

Gamas semanales y mensuales

Contemplan tareas más complicadas que no está justificado realizarlas de forma diaria, ya que en algunos casos implican paradas, desmontaje o toma de datos más complejos y laboriosos como por ejemplo engrases, medidas de consumos de un motor, etc.

Gamas anuales

En estas gamas se realizan tareas de mantenimiento que suponen a veces una revisión completa de la instalación o equipo y que no se justifica realizarlas con una periodicidad menor, debido a que suponen la parada de equipos o instalaciones, por lo que este tipo de gamas deben ser programadas.

Como ejemplos de estas tareas pueden están la renovación de circuitos eléctricos o neumáticos, el cambio de rodamientos, etc.

7.2. Gamas por especialidad

Las gamas por especialidad pueden ser de tantos tipos como especialidades existen (eléctricas, mecánicas, neumáticas, de control etc.), dependiendo de la naturaleza de las tareas de mantenimiento que se vayan a realizar, por lo que cada una de esas especialidades va a marcar un tipo de tarea.

A continuación, se presentan unos ejemplos de gamas por especialidad:

1 Gamas mecánicas: tareas de engrase o sustitución de elementos como cojinetes, engranajes etc.

2 Gamas eléctricas: tareas de revisión y renovación de circuitos, interruptores automáticos, etc.

3 Gamas de control: tareas de inspección sensorial y lectura de parámetros.

7.3. Informes

Al finalizar la realización de una gama de mantenimiento, esta debe ser completada con la redacción de un informe que debe recoger todas las incidencias encontradas en la realización de las rutas diarias en un único documento que se denomina parte de incidencias donde deben figurar todos los parámetros observados fuera de rango, fugas, vibraciones, ruidos anómalos y todas aquellas observaciones de interés.

Definición

Parte de incidencias

Es el documento en el que se recogen de forma detallada todas las anomalías detectadas en los equipos al realizar las rutas diarias, así como todos los parámetros observados que estén fuera de rango como fugas, ruidos, vibraciones además de aquellas observaciones que sean de interés.

Los principales objetivos de la realización de gamas y rutas son dos:

1 Detectar anomalías en su fase inicial cuando todavía no han supuesto un problema.

2 Conocer en todo momento el estado en que se encuentra la instalación.

Aplicación práctica

A Cristina le han encomendado realizar gamas de mantenimiento diarias en la línea de envasado de galletas de la que es responsable. ¿Qué tipo de controles debe realizar?

SOLUCIÓN

Al tratarse de realizar gamas de mantenimiento diarias se trata de realizar controles rutinarios tales como supervisar ruidos y vibraciones de los equipos, inspecciones sensoriales, pequeños trabajos de limpieza y ajuste, toma de datos y ajuste de parámetros.

Actividades

20. Ponga un ejemplo de una tarea que se deba realizar en cada tipo de gama.

21. Explique qué tipo de tareas se deben realizar en una gama diaria.

8. El autómata programable

Un autómata programable, también llamado PLC (Controlador Lógico Programable), es un dispositivo electrónico capaz de procesar de forma inteligente las señales procedentes de multitud de variables físicas y actuar en consecuencia.

A medida que las instalaciones ganan en complejidad, el cableado de los circuitos de mando aumenta, al igual que los elementos que hay que utilizar como relés, contadores, temporizadores, etc. Con la sustitución del circuito cableado por un autómata, el cableado se reduce drásticamente, así como el número de elementos necesarios, por lo que las labores de mantenimiento de las instalaciones se simplifican enormemente.

Un autómata programable consta de los elementos que se detallan a continuación.

Sabía que...

El primer sistema automatizado de la historia fue construido por Amenhotep en la antigua Etiopía, en el año 1500 a. C. y consistió en una estatua del rey de Etiopía, Memon, que emitía sonidos cuando era iluminada por los rayos del sol al amanecer.

Unidad Central de Procesos (CPU)

Es el cerebro del autómata y está constituido por el microprocesador y la memoria.

Al módulo de entradas de la CPU del autómata le llegan las señales procedentes de los sensores, la CPU las procesa y hace que el módulo de salidas emita las señales que harán funcionar los actuadores en función de las instrucciones del programa.

Fuente de alimentación

Tiene como misión convertir la corriente alterna proveniente de la red eléctrica en corriente continua, para así poder alimentar los circuitos integrados y los componentes electrónicos que componen el autómata.

Por lo general, la tensión de trabajo del autómata suele ser de 24 V aunque existen algunos modelos que lo hacen con una tensión de 48 V.

Módulos de entradas y salidas digitales

Las funciones principales de estos módulos son:

1 Adaptar la tensión de trabajo de los actuadores y captadores a los dispositivos electrónicos del autómata.

2 Aislar eléctricamente los circuitos de mando y potencia.

El módulo de entradas digitales tiene como misión recibir las señales de tipo discreto que varían su estado en función de cambios “todo” o “nada” de tensión. A este módulo se pueden conectar diferentes sensores del tipo “todo” o “nada”.

El módulo de salidas digitales tiene como misión enviar las señales discretas “todo” o “nada” de salida para la activación y desactivación de actuadores discretos como bobinas de contacto, relés, lámparas, etc.

Módulos de entradas y salidas analógicas

Estos módulos tratan valores dentro de un rango. A estos módulos se conectan captadores y actuadores que sean compatibles con los valores analógicos.

Las entradas analógicas detectan señales continuas en el tiempo por lo que para producir eventos es necesario que estos se produzcan por comparación cuando estos alcanzan valores prefijados en el programa de usuario.

Los estándares de tensión y corriente más usuales son:

1 Tensión:De 0 a 10 VCCDe -10 a +10 VCCDe 2 a 10 VCC

2 Corriente:De 4 a 20 mADe 0 a 20 mADe 1 a 5 mADe 0 a 5 mA

Las salidas analógicas adaptan la señal de salida de acuerdo a los estándares antes indicados sobre los actuadores analógicos conectados a sus bornes.

Para la comunicación entre los módulos analógicos y los actuadores es necesario utilizar un cable apantallado cuyo fin es evitar interferencias y perturbaciones en las señales enviadas. A estas perturbaciones e interferencias se las denomina ruido.

A continuación, se presentan ejemplos de sensores digitales y analógicos:

1 Elementos digitales: sensor de presencia, un relé, un cilindro, una válvula neumática, etc.

2 Elementos analógicos: sensor de temperatura, válvula reguladora de caudal, etc.

Equipos de programación

Son los elementos que permiten la comunicación entre el usuario y el autómata.

Sus funciones principales son:

1 Introducir los programas en la memoria.

2 Editar y modificar programas existentes en la memoria del autómata, bien porque haya que modificar el funcionamiento de algún equipo, o bien porque el funcionamiento no sea el correcto.

 

3 Detectar anomalías en el formato de programación.

4 Visualizar en tiempo real el estado de las entradas y de las salidas.

Para poder conectar el autómata a un ordenador, existen interfaces de interconexión que permiten utilizar un PC como dispositivo de programación.

PLC

Periféricos

Los periféricos son equipos con posibilidad de conexión al autómata o a la red de comunicación industrial. Su función es la de facilitar al usuario las labores de grabación e impresión de datos. Los periféricos más usuales son:

1 Visualizadores y paneles de operación. Se utilizan para la comunicación hombre - máquina. Tienen como funciones:Modificar parámetros del sistema.Obtener mensajes de alarma.Visualización del estado del proceso.Forzar entradas/salidas.Todos los visualizadores y paneles de operación se conectan directamente al autómata o a una red de autómatas.

Aplicación práctica

En la fábrica de harina de un pueblo, los motores de las cintas transportadoras requieren un cableado complejo y abundante para las funciones de control y fuerza. Recientemente se ha decidido modernizar la fábrica. ¿Cómo se conseguiría un sistema más sencillo y flexible evitando gran cantidad de cableado difícil de adaptar a futuras modificaciones?

SOLUCIÓN

Con la sustitución del circuito cableado por un autómata, el cableado se reduce drásticamente así como el número de elementos necesarios por lo que las labores de mantenimiento de las instalaciones se simplifican enormemente.

Además de esto, la instalación es más flexible a la hora de sufrir modificaciones, ya que esta labor se simplifica muchísimo con un autómata o PLC.

9. Análisis del diagnóstico online de los equipos de control

Cada vez se hace más necesario poder controlar desde puestos remotos el estado de los procesos industriales en tiempo real, monitorizando todas sus variables y comportamiento, así como reducir el cableado que se necesitaría para poder llevarlo a cabo. Un sistema de comunicación industrial es un mecanismo que comparten todos los elementos de la red.

Definición

Comunicación

Es la transferencia de datos entre dos interlocutores, así como la consulta o diagnóstico entre ellos de sus respectivos estados operativos.

Sistema de comunicación

Conjunto de medios físicos y lógicos que permiten el intercambio de información entre entidades.

Medio de transmisión

Soporte empleado para el intercambio de información. Representa el medio físico para la conexión entre entidades de comunicación.

Entidad de comunicación

Dispositivo que interviene en una comunicación:

1 PLC

2 PC

3 Panel de operador/sistema

Red

Conjunto de entidades autónomas interconectadas mediante algún medio de transmisión.

Subred

Conjunto de todos los componentes físicos necesarios para establecer una comunicación junto con el procedimiento para el intercambio de datos.

Protocolo

Conjunto de normas que permiten la comunicación entre las distintas entidades.

Enlace

Conexión lógica entre dos elementos con el fin de poder realizar un servicio de comunicación entre ellos.

Línea

Es el circuito que comunica todos los dispositivos para la automatización industrial. En industria se utiliza una línea llamada bus de comunicación industrial que consiste en un sistema de comunicación formado por un circuito con un número de hilos muy reducido.

9.1. Redes industriales

Las redes industriales permiten la comunicación entre los diferentes equipos que componen un sistema automatizado tales como robots, autómatas, máquinas de control numérico y PC.

Existen varios niveles en las redes industriales:

1 Nivel bus de campo: es el nivel más próximo al proceso e integra pequeños automatismos como autómatas compactos, controladores PID, equipos de medida, etc.

2 Nivel LAN: es un nivel superior al anterior y está formado por autómatas de gama alta y ordenadores para el control.

3 Nivel LAN/WAN: es el nivel más próximo al área de gestión que integra los niveles anteriores y está formado por ordenadores y redes de ordenadores.

9.2. Buses de comunicación industrial

Un bus es un sistema de comunicación industrial formado por un circuito con un número de hilos muy reducido que permite comunicar varios dispositivos entre sí. El bus de campo constituye el nivel más simple y próximo al proceso.

Entre los sistemas de bus utilizados por la industrial, los que más destacan son los que se describen a continuación.

Profibus

Este tipo de red industrial se creó para comunicar dispositivos electrónicos como autómatas, sensores, actuadores, independientemente de quién los haya fabricado. Esta red de carácter universal permite el intercambio de datos entre los dispositivos que comunica de forma rápida y eficiente.

Este sistema de comunicación industrial se caracteriza porque trabaja de manera maestro - esclavo, donde el maestro es un autómata programable encargado de iniciar la comunicación en la red, enviar mensajes sin necesidad de una petición externa, y recibir los datos de los módulos de E/S de los diferentes esclavos para procesarlos, mientras que el esclavo solo puede acatar las órdenes que le envía su maestro y enviarle los mensajes que este le requiera.

Bus AS-i

Se instala en el nivel más bajo en un sistema de automatización y es el encargado de unir los captadores y actuadores con los elementos de control utilizando un solo cable de dos hilos.

El bus AS-i tiene los siguientes elementos:

1 El cable: consistente en dos hilos sin apantallar. Dispone de un sistema de seguridad que impide errores de polaridad a la hora de conectar los diferentes dispositivos.

2 El módulo AS-i esclavo: conecta los sensores y actuadores al sistema de comunicación.

3 Módulos maestros: procesan toda la información del bus, recibiendo todos los datos de los módulos de E/S de los diferentes esclavos, iniciando la comunicación en la red y enviando mensajes sin necesidad de una petición externa En una red AS-i solo puede haber un maestro.

4 Fuente de alimentación: suministra la energía que necesitan los diferentes esclavos conectados al bus.

5 Programadora de direcciones: permite programar las instrucciones de operación de los diferentes esclavos que intervienen en la red AS-i.

Existen dos tipos de esclavos:

1 Módulos de usuario: son los dispositivos necesarios para la conexión de las entradas y salidas de actuadores y sensores estándar.

2 Actuadores/sensores AS-i: están capacitados para conectarse directamente al bus.

Actividades

22. ¿Qué se utiliza en el nivel más bajo del automatismo para unir captadores y actuadores con los elementos de control?

Ethernet industrial (IE)

Industrial Ethernet (IE) es una red de comunicación que utiliza protocolos de Ethernet estándar para la automatización o control de procesos.

Un sistema de comunicación que usa fibra de Ethernet es muy robusto y evita daños en los equipos que tienen que trabajar en ambientes hostiles reduciendo los problemas ocasionados por el ruido eléctrico y proporcionándoles además aislamiento eléctrico.

9.3. Sistemas de supervisión de procesos

Las actuales exigencias de los procesos productivos hacen necesaria la necesidad de supervisar los procesos sin necesidad de recurrir a voluminosas salas de control, para lo que es necesaria la monitorización del proceso.

Gracias a la monitorización se pueden detectar de forma sencilla situaciones anómalas gracias a la adquisición y registro de datos llevados a cabo en tiempo real mediante:

1 Conexión directa al bus del ordenador: para lo que se necesita software específico y drivers.

2 Buses de instrumentación: son instrumentos externos unidos al ordenador mediante una interfaz de comunicación.

3 Comunicaciones serie: autómatas programables, controladores autónomos y buses de campo.

Definición

Monitorización

Consiste en dotar al operario de mecanismos de control y supervisión del proceso a través de un panel de visualización que permita tanto la interacción entre operario y proceso de forma amigable como el registro de su evolución (históricos).

Para poder monitorizar el proceso, es necesario representarlo mediante:

1 Interfaz hombre – máquina: representación visual de la información y su interactividad.

2 Creación de sinópticos: pantallas donde se distingan botones, menús, etc.

3 Representación del proceso según la distribución física de la planta.

4 Información numérica sobre los elementos que la componen.

5 Uso racional de los colores e intermitencias.

Al monitorizar un proceso se pueden obtener gráficas que permitan tener una interpretación visual de la información a través de la evolución temporal de las variables, así como obtener históricos y bases de datos que permitan almacenar las medidas del proceso para su posterior análisis.

Alarmas

El objetivo de las alarmas es poner al operario sobre aviso. Una vez que una alarma se genera, se visualiza, se registra y se le pone fecha, lo que permite un seguimiento y registro temporal de las mismas.

Supervisión

Es el conjunto de acciones que se llevan a cabo para asegurar el correcto funcionamiento de los equipos incluso en situaciones anómalas.

Un sistema de supervisión está encargado de:

1 Registrar la evolución del proceso detectando las desviaciones sufridas por los parámetros de las variables.

2 Analizar dichas desviaciones de parámetros averiguando cuál fue el motivo (diagnóstico).

3 Resolver algunas situaciones anómalas o conflictivas desde el propio panel de operador.

4 Tomar las medidas necesarias para que esas situaciones no se vuelvan a producir.

Sabía que...

Con un sistema de supervisión de procesos se puede tener visualización en tiempo real de todo lo que ocurre en el proceso desde la pantalla de un PC.

Paneles de operador

En la actualidad, las plantas industriales disponen de interfaz de comunicación entre el operario y la máquina que permiten controlar en todo momento su estado y además, permiten emitir órdenes a la misma en función de sus necesidades. Los elementos que se utilizan para poder llevar a cabo este tipo de comunicación son los paneles de operador.

Estos paneles permiten obtener y visualizar todo tipo de información sobre las condiciones de un proceso. Permiten visualizar y controlar en todo momento cualquier elemento que componga el proceso como pulsadores, alarmas, valores de temperatura, velocidad, presión, gráficas, mensajes de texto, alarmas, etc., además, en función de dicha información, permiten al usuario realizar modificaciones en los parámetros manejados por el PLC, tales como los valores de temporizadores y contadores, puestas en marcha y parada de motores y electroválvulas, etc.

Estos paneles están conectados usualmente al PLC aunque también tienen salidas a impresoras, permiten las conexiones de varios paneles en red, permiten la conexión a buses de datos, memorias flash, etc.

Es necesario disponer de un software adecuado para la programación y configuración de un panel de control y debe reunir las siguientes características:

1 Su entorno gráfico debe estar basado en Windows.

2 Debe disponer de un amplio abanico de barras de herramientas.

3 Debe contener una amplia biblioteca de objetos parametrizados y elementos preconfigurados para avisos y alarmas entre otros.

4 Debe permitir la simulación del proceso en un PC.

Las pantallas de visualización pueden ir desde displays alfanuméricos hasta representaciones exactas del proceso en pantalla con la utilización de SCADAS.

SCADA

Un SCADA es un sistema de control y visualización de procesos basado en el PC utilizando tarjetas de adquisición de datos.

Estos sistemas de control tienen las siguientes ventajas:

1 Los datos se procesan

2 El proceso se visualiza en pantalla

3 Permiten el trabajo en red

SCADA proviene de las siguientes siglas, Supervisory, Control And Data Acquisition. Este software de control se comunica con los dispositivos de campo y controla el proceso de forma automática proporcionando toda la información acerca de su estado en cada momento y en tiempo real desde la pantalla del ordenador.

Ejemplo de un SCADA

Las funciones principales de un SCADA son:

1 Adquisición y almacenamiento de datos: recoge, procesa y almacena toda la información recibida del proceso.

2 Supervisión: permite observar desde un monitor la evolución de todas las variables de control.

3 Control: permite modificar la evolución de un proceso, actuando sobre las consignas, alarmas, menús, etc., o directamente sobre el proceso.

4 Transmisión de datos: permite la transmisión de datos con dispositivos de campo y con otros PC.

5 Base de datos: permite la gestión de los datos recogidos.

6 Presentación: permite la representación gráfica y animada de las variables del proceso.

7 Explotación: esta función es muy útil para la gestión de calidad, producción y la gestión administrativa y financiera.

Un SCADA debe ofrecer las siguientes prestaciones:

1 Creación de paneles de alarma: estos paneles exigen la presencia de un operario, para así poder recoger y registrar las diferentes incidencias que se produzcan en la planta.

2 Generación de históricos.

3 Ejecución de programas.

4 Posibilidad de programación numérica.

Los objetivos que debe cumplir un SCADA son principalmente:

1 Un SCADA tiene que tener una arquitectura abierta y flexible para poder crecer y adaptarse a las necesidades que en cada momento pueda tener la planta.

2 Debe permitir la comunicación entre el usuario y la planta de forma sencilla.

3 Los SCADA deben ser programas que se puedan instalar de forma sencilla, fáciles de utilizar, deben tener interfaces amigables con el usuario, así como tener pocas exigencias respecto al hardware requerido.

Sabía que...

Los paneles de operador pueden ser desde un simple visualizador de mensajes con una serie de avisadores hasta una representación fiel y completa de toda la planta automatizada como ocurre con los sistemas SCADA.

Un software SCADA debe incluir los siguientes módulos o bloques:

1 Módulo de configuración: permite al usuario diseñar el entorno de trabajo, adaptándolo a sus necesidades.

2 Interfaz gráfico del operador: proporciona al operador una representación de la planta o proceso permitiéndole realizar diversas funciones de control y supervisión sobre el mismo.

Ejemplo Interfaz gráfico SCADA

1 Módulo de proceso: ejecuta las acciones de mando a partir de los valores de las variables.

2 Módulo de gestión y archivo de datos: es el que se encarga de almacenar y procesar de forma ordenada los datos, permitiendo que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos.

3 Módulo de comunicaciones: se encarga de la transferencia de información desde la planta, el SCADA y el resto de los elementos informáticos de gestión.

Un SCADA está formado por el siguiente hardware:

1 Un ordenador central

2 Varios ordenadores remotos

3 Una red de comunicación

4 Instrumentación de campo

Las tendencias actuales van hacia:

1 Sistemas operativos como:WindowsUNIXWindows CE

2 Lenguajes de programación como:� VBAC++

3 Otras como internet.

Actividades

23. Indique tres ventajas que supongan la implementación de un sistema SCADA en una instalación automática.