Sistemas Automatizados M

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Sistemas AutomatizadosMódulo 1 Funciones
básicas, características y arquitectura de los
sistemas automatizados Tarea 1.1 Esencia y
objetivos del proceso de automatización.
Funciones básicas y características de un sistema
automatizado.
Por Anton Petrov, Plovdiv University,
Departamento ECIT
Funciones básicas de AS tarea 1_1
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• Temas principales
• 1. Objetivos generales y específicos del proceso
  de automatización
• 2. Esencia y principales etapas de la
  investigación previa a la automatización.
• 3. Efecto económico resultado del proceso de
  automatización
• 4. Fases de desarrollo de un Sistema Automatizado
  (AS)
• 5. Formas de automatización
• 6. Funciones principales y directrices para el
  desarrollo de un AS
• 7. Parámetros y características de un AS

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Qué es la automatización?

• Definición
• Uso de medios técnicos, métodos
  económico-matemáticos y sistemas de control con
  el fin de liberar parcial o completamente a las
  personas de su participación directa en el
  proceso de conversión, transmisión y uso de
  energía, materiales o información.
• Producción automática consiste en conseguir que
  máquinas, equipamientos y procesos de producción
  (materiales y/o de información) operen de manera
  independiente (automática) gracias a la
  utilización de medios técnicos.
• Qué requiere la automatización?
• Uso adicional de sensores, dispositivos de
  entrada, controladores , actuadores, así como
  métodos y algoritmos de computación.

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Qué puede ser automatizado?

• La automatización es posible en
• Procesos de producción (automatización
  industrial)
• Diseño de unidades de ingeniería, circuitos y
  sistemas electrónicos, arquitecturas complejas,
  etc.
• Organización y planificación de actividades de
  producción y económicas
• Actividades y operaciones militares
• Investigación y experimentos
• Medicina y técnicas de diagnóstico
• Redacción y procesamiento de datos estadísticos
• Programación
• Cálculos de ingeniería etc.
• La automatización de un proceso dado esta siempre
  precedida de una investigación previa. La
  siguiente diapositiva presenta los pasos de una
  investigación científica y aplicada, junto con la
  posibilidad de un cierto nivel de automatización
  en cada uno de la etapas de la investigación.

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Principales etapas de una investigacion
científica (SI) A
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Principales etapas de las investigaciones
científicas (SI) B
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Objetivos del proceso de automatización 1

• Incremento de la productividad y eficiencia
• Mejoras en la calidad de la producción
• Optimización de la planificación y el control
• Evitar condiciones de trabajo arriesgadas y
  peligrosas para los seres humanos.
• El proceso de automatización, exceptuando el caso
  más simple, requiere una aproximación compleja y
  sistemática para resolver los problemas. De este
  modo las complicaciones de resolver los
  problemas, de cara a la automatización, son
  denominadas normalmente sistemas, tales como
• Automatización de sistemas de control
• Automatización de sistemas de diseño
• Control automatizado de procesos tecnológicos,
  etc.

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Objetivos del proceso de automatización 2

• Lo que puede automatizarse en un SI teórico es el
  modelo matemático y los diferentes cálculos.
  Actualmente, el análisis teórico de las hipótesis
  no es adecuado para la automatización.
• El proceso de automatización en SI experimentales
  debe incluir todos los procesos laboriosos no
  creativos. facilitar la máxima creatividad de
  procesos y ser extremadamente eficiente y
  económico.
• La automatización de procesos creativos es cada
  vez más complicada aunque no queda totalmente
  excluida.
• (En su naturaleza este es un problema de
  Inteligencia Artificial y de un nivel elevado de
  problemas enfocados a los lenguajes de
  programación para ordenadores donde la tarea se
  formula y el sistema del ordenador es el que
  elige el algoritmo para resolverlo.)

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Objetivos del proceso de automatización 3

• En el proceso de automatización podemos
  distinguir
• Control automático cuando el control se lleva a
  cabo sin una intervención directa del ser humano.
• Control automatizado cuando el control se
  realiza sin una intervención humana considerable.
• Conseguir un buen control automático es posible
  gracias al desarrollo de sistemas para la
  regulación y el control automático.
• La teoría, relacionada con los principios del
  desarrollo y los métodos de análisis y síntesis
  de los sistemas para la regulación y el control
  automático se denomina Teoría del Control
  Automático (TAC).

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Desventajas de la automatización

• Amenazas en seguridad/vulnerabilidad los
  sistemas automatizados solo pueden poseer un
  nivel limitado de inteligencia y,
  consecuentemente, pueden dar errores en
  contingencias.
• Costes inpredecibles/excesivos para investigación
  y desarrollo, los cuales pueden exceder los
  beneficios fruto de la automatización.
• Elevados costes iniciales la automatizacion de
  un proceso nuevo requiere normalmente una
  cantidad de inversión elevada.

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Cuando es necesario automatizar un proceso dado?

1. La potencia física y mental del ser humano es
   insuficiente para la realización del proceso
2. El proceso se realiza en un entorno complicado y
   peligroso
3. El proceso requiere un elevado nivel de
   cualificación (especialistas únicos
   trabajadores cualificados)
4. Es necesaria elevada exactitud/precisión.
5. Existe una escasez de recursos laborales
   (especialistas)
6. Posibles situaciones críticas y emergencias
   debidas a reacciones inesperadas por parte de las
   personas.

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Quién es mejor? Cuando?

• La máquina
• 1. Respuestas rápida- ?s e incluso ns.
• 2. Precision en la realización de acciones
  repetitivas (las personas cometen errores).
• 3. Adquisicion y procesamiento de grandes
  cantidades de datos.
• 4. Control de eventos extraños (de naturaleza
  estadística).
• 5. Con razonamiento deductivo - si una pieza
  pertenece a una clase (clasificación,
  ordenación).
• 6. Sensibilidad a formas de energía, no
  perceptibles por el ser humano (IR, ionización
  radiacion etc.).
• 7. Uso de aparatos de potencia.
• 8. Conversión rápida, codificación y transmisión
  de datos a distancia.
• 9. Trabajar en entornos peligrosos.

• El ser humano
• 1. A la hora de encontrar señales bajo
  condiciones de ruido fuerte.
• 2. Cuando es necesario encontrar objetos bajo
  condiciones variables (reconocimiento de objetos
  a partir de fotografías).
• 3. Mientras se actúa bajo condiciones de eventos
  inesperados.
• 4. Con razonamiento inductivo conclusiones
  sobre la condicion general basada en los síntomas
  individuales.
• 5. Auto-formación basada en la experiencia si es
  necesario.
• 6. Originalidad (nuevas soluciones)
• 7. Flexibilidad y adaptabilidad para condiciones
  variables.
• 8. Bajo condiciones de información saturada
  (filtrado). 

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Fuentes de ahorro con automatización 1

• 1. Reducción del tiempo de realización del
  proceso
• 2. Reducción de los costes de la preparación y
  realización del proceso
• 3. Reducción de los costes de energía eléctrica y
  otras componentes necesarias para realizar una
  actividad reduciendo los tiempos para su
  optimización
• 4. Reducción del número de personas empleadas
  para una determinada actividad

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Fuentes de ahorro con automatización - 2

• 6. Creación de oportunidades para realizar nuevos
  tipos de investigaciones experimentales y de ahí
  encontrar la solución óptima de los problemas
  formulados
• Uso de tecnologías altamente desarrolladas (High
  Tech)
• Máquina e instrumentos con parámetros de alto
  nivel tecnológico
• Calidad elevada y materiales baratos etc.
• 7. Elevada fiabilidad, y confianza para tiempos
  mínimos
• 8. Flexibilidad estructural, adaptabilidad para
  tiempos cortos y menor coste
• 9. Elevado grado de capacidad informativa
  (reducción adicional del tiempo)
• 10. Automatización de todas las
  labores-intensivas de los procesos

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Etapas de desarrollo de AS 1

• 1) Falta de aparatos automáticos y manuales para
  la adquisición de los datos principales (PD).
  Procesamiento de los datos por medio de aparatos
  de cálculo semi-automáticos (aritnómetros,
  calculadoras, etc.)
• 2) Uso de aparatos de registro y regulación
  automáticos, artefactos automáticos para realizar
  mediciones indirectas. Procesamiento por medias y
  aparatos de cálculo semi-automáticos.
• 3) Empleo de sistemas con control centralizado.
  Procesamiento de datos por medio de aparatos de
  computación programables ordenadores,
  trabajando bajo modos sin conexión física directa
  con el equipo experimental (off-line) y con
  cierta conexión (on-line).

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Etapas de desarrollo de AS 2

• 4) Utilización de convertidores de analógico a
  digital (ADC) para datos de tipo analógico
  (multicanal), sistemas de medida de información
  (IMS) con CS embebidos CS (sistemas de
  computadores), automatizacion compleja para
  complejos indirectos y medidas combinadas,
  automatización del diseño gráfico y
  representación de los resultados de salida con
  diagramas, impresoras, etc.
• 5) Uso de redes de ordenadores miniaturizadas,
  embebidas y con PC, desarrollo de sistemas para
  logística, amplio uso de lo siguientes principios
  de técnicas cibernéticas
• Auto-regulación, auto-organización,
  auto-perfección y
• Compresión automática de los datos,
• Acumulación y sistematización de las bases de
  datos
• Sistemas de cálculo y bases de datos distribuidas
  para una mayor fiabilidad.
• Comunicación simplificada con ordenadores.

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Medios de automatización

• Hoy en día, se utilizan para automatización
  principalmente métodos de control numérico y,
  específicamente, métodos de control por
  computación. Además, han ido apareciendo
  conceptos, tales como CAD (Diseño de Ordenadores
  Asistido), CAM (Manufactura gracias a los
  ordenadores) y, en general, Tecnologías asistidas
  con Ordenadores (CAx).
• A continuación se presentan los principales modos
  de automatización
• ANN Sistemas Neuronales Artificiales
• DCS Sistemas de Control Distribuido
• HMI Interfaz hombre - máquina
• SCADA Control de supervisión y Adquisición de
  Datos
• PLC Controladores Logísticos Programable
• PAC Controladores Programables Automáticos
• Robótica.

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Funciones básicas de la AS

• 1. Señales de medida procedentes de los
  convertidores iniciales (sensores, calibradores)
  y su correspondiente conversión.
• 2. Adquisición, transmisión e introducción de
  los datos al sistema de ordenadores.
• 3.  Procesamiento inicial de los datos.
• 4.  Visualización de los datos en tablas,
  gráficos, histogramas.
• 5.  Agrupamiento de los datos (por
  codificación, embalaje y otros algoritmos).
• 6. Salida, acumulación y mantenimiento de las
  bases de datos (DB).
• 7. Regulación automática de parámetros
  (temperatura, presión, composición gaseosa,
  etc.).
• 8. Programación y lógica de control de tanto
  los objetos investigados, como de la condiciones
  ambientales con el propósito de modelar
  físicamente el modo de investigación
  proporcionado.

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Indicaciones para el desarrollo de AS

• Acciones rápidas y una productividad elevada
• Mejora de la precisión
• Elevada fiabilidad y confianza
• Elaboración de algoritmos de operación del
  equipamiento y de la proteccion matemática del CS
  empleado
• Creación de nuevas medidas, convirtiendo y
  multiplexando equipamientos basados en los nuevos
  principios de calidad elevada
• Elaboracion de la arquitectura con el propósitio
  de asegurar una máxima flexibilidad estructural
  del AS.

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Parámetros Basicos a partir de los AS 1.
Productividad

• Estructura Tasa ejecución
•        Multiplexores de señales analógicas
•   transmisión 100-1000 posiciones/sec
•   semiconductores (MOS) 104-105
  posiciones/sec
•        amplificadores de medición
  (0-100mV) 100-400 conversiones/sec
•         ADC 104-106 conversiones/sec
•         voltímetros digitales 102-103medidas/se
  c
•         matrices de impresión 80-260
  símbolos.(2-3ppm)
•         impresoras láser 20-25 ppm.
•         modems 56 Kbit/s
•         líneas de alta velocidad ?1 ? ?3 1.54
  44.18 Mbit/s
•         conexiones rápidas de Ethernet btw CS ?
  100 Mbit/s
•         tasa de cambio entre CPU y RAM ? 2
  Gbit/s.

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Aumento de la productividad y reducción de la
información redundante métodos

• Reemplazamiento de instrumentos lentos por otros
  más rápidos
• Utilización a la par de instrumentos lentos con
  el uso consecutivo de elementos rápidos
• Desarrollo de algoritmos optimos de ejecución
• Seleción estricta de la información útil
• Procesamiento preliminar y extracción de la
  informacion

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Aumento en la productividad...(2)

• Reducción racional de la precisión a expensas de
  aumentar las acciones rápidas
• Uso de aparatos con buffer de tipo acumulativo
• Uso de procesadores locales junto con
  instrumentos lentos
• Incremento en la productividad de operadores
  humanos a través de
• Dialogo óptimo funciones simplificadas
  limitación de la información redundante.

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Métodos organizativos utilizados para aumentar la
productividad

• Medidas organizativas para uniformizar la
  complejidad y carga de los AS
• Reducción del tiempo de preparación
• Automatización de las operaciones de ajuste,
  calibración, diagnostico de fallos, reparaciones
  etc.

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2. Eficiencia de los AS

• La eficiencia está caracterizada por la
  proporción
• Tiempo útil del AS
• Respecto
• Tiempo total cuando el AS se encuentra en
  condiciones de trabajo (pero no siempre se
  trabaja) o cuando se realiza profilaxis, ajustes,
  etc.
• La carga normal de AS tiene una eficiencia igual
  a 0,15-0,25.
• En ciertos AS, muy raramente utilizados en los
  experimentos científicos, la eficiencia es
  lt0,03.
• El valor de la eficiencia es raramente cercano a
  1 solamente en estaciones automáticas para usos
  prolongados (cósmico, meteorológico), así como
  para la automatización de procesos tecnológicos
  continuos etc.

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3. Precisión de los AS

• La precisión de la reproducción depende del modo
  proporcionado así como de la precisión en la
  medida de varias cantidades.
• Cuando tenemos medidas combinadas se resuelve
  tratando de obtener la misma precisión para cada
  una de las medias individuales.
• Una medición muy exacta no mejora
  considerablemente la precisión.
• Una medida inexacta (para medidas relacionadas)
  puede devaluar el resto de las medidas que si se
  han obtenido con alta precisión (efecto de
  introducir una cuchara con alquitrán en un bote
  de miel).
• De este modo nuestro propósito para aumentar la
  precision de una determinada medida sera
  conseguir precisión en las siguientes mediciones.
• Excepto los instrumentos de medida, los
  instrumentos de impacto también poseen una gran
  influencia en la precisión del control de un
  proceso. Se ha demostrado que la frecuencia de
  los errores en un control automático puede
  reducirse en un orden 3-4 en comparación con el
  control manual (http//en.wikipedia.org/wiki/Autom
  ation ).
•   

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4. Fiabilidad de los AS

• Para una fiabilidad elevada de los AS no debe
  haber
• Pérdidas en la precisión de los datos procedentes
  de mediciones y control
• Distorsiones intolerables de los datos
• Eliminación del objetivo de la investigación
• Caer en el desuso cualquier equipamiento
  experimental o tecnológico.
• El incremento de la fiabilidad esta relacionada
  con la resolución de tres problemas principales
• Seguridad óptima
• Control óptimo de la fiabilidad
• Profilaxis óptima del trabajo con AS.
•   

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Clasificación de los AS
AS Parámetro matemático Parámetro Secundario
AS ?. Automatización de objetos Procesamiento industrial
AS ?. Automatización de objetos Construcciones
AS ?. Automatización de objetos Ingeniería de diseño
AS ?. Automatización de objetos Organización y planificación
AS ?. Automatización de objetos Investigación y entrenamiento
AS ?. Automatización de objetos Militar y objetos cósmicos
AS ?. Automatización de objetos Medicina y técnicas de diagnóstico
AS ?. Automatización de objetos Procesamiento de datos
AS ?. Automatización de objetos Programación
AS ?. Automatización de objetos Cálculos de ingeniería etc.
AS ??. Grado de universalidad Universal
AS ??. Grado de universalidad Especializado
AS ?II. Principio de la operación Digital
AS ?II. Principio de la operación Analógico
AS ?II. Principio de la operación Digital-analógico
AS IV. Modo de utilización Continua
AS IV. Modo de utilización Regular
AS IV. Modo de utilización Irregular
AS V. Grado de automatización Automatico
AS V. Grado de automatización Semi-automatico
AS V?. Estacionalidad e invariancia Estacionario
AS V?. Estacionalidad e invariancia Semi-estacionario
AS V?. Estacionalidad e invariancia Portátil
AS V?. Estacionalidad e invariancia Modular
AS V??. Energy utilizada Electrica
AS V??. Energy utilizada Hidraúlica
AS V??. Energy utilizada Neumática
AS V??. Energy utilizada Mixta
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