Automatización Industrial 4.0: desbloqueando eficiencia e innovación

¿Está emocionado porque el futuro de la manufactura estadounidense se ve más brillante gracias al reshoring? Nosotros también, ¿pero ha notado algo diferente? La manufactura ha cambiado. Hay nuevas tecnologías y jerga: Industria 4.0, robots, cobots, Internet de las Cosas (IoT).

Mientras EE. UU. quedó marginado por el offshoring, otros países avanzaron tecnologías de automatización para capturar máximas eficiencias. Los fabricantes estadounidenses necesitarán ponerse al día para seguir creciendo y acelerar oportunidades de reshoring.

Si quiere ser globalmente competitivo y moverse a equipos o sistemas de automatización más eficientes, necesitará al menos una comprensión básica de la automatización industrial actual. Entender opciones, terminología y componentes facilitará crear planes y presupuestos iniciales para discutir con equipo y especialistas.

Para ponerle al día, aquí una visión básica de la automatización de fábrica en la era de la conectividad.

Tabla de contenidos

¿Qué es la automatización industrial?

Tipos de automatización industrial

¿Cómo se logra la automatización industrial?

Producción manufacturera y sistemas de automatización industrial

Por qué los fabricantes estadounidenses necesitan automatizar

Automatización en la Industria 4.0

Llegando a una solución de automatización industrial

¿Qué es la automatización industrial?

No está solo en la búsqueda de eficiencias manufactureras. Desde antes de la primera revolución industrial, líderes han creado maquinaria especializada que produce más rápido y preciso que un humano con herramienta manual. Históricamente diseñadas para operar independientemente con mínima intervención humana, los sistemas actuales pueden comunicar y trabajar en sincronía con sistemas de control industriales y conectividad de red.

Encontrará ejemplos donde productos o componentes son mecanizados, manufacturados, empaquetados y/o ensamblados. Con principios y estándares de automatización, la maquinaria automatizada se coloca en configuración de sistema que mueve componentes eficientemente de una etapa a la siguiente.

Tipos de automatización industrial

Los fabricantes automatizan trabajos que requieren resistencia o precisión, o que son aburridos, repetitivos y/o requieren poca creatividad o talento especializado. La caída de costes de robots y el aumento de costes laborales fomentan la automatización en EE. UU. Se espera que precios de robots caigan hasta 65% en cinco años, prediciendo aumento constante de automatización. Si no lo ha hecho, invertir en infraestructura de comunicaciones de datos puede ser su mayor reto. La automatización de fábrica en tendencia depende de la capacidad de redes de máquinas para comunicar y ejecutar tareas programadas.

¿Cuáles son los tipos comunes de automatización de fábrica?

• Utillaje simple
• Ensamblaje
• Inspección
• Manipulación de materiales

¿Cómo se logra la automatización industrial?

Los sistemas de control industrial son el mecanismo (o cerebro) detrás de la independencia y movimiento automatizado de máquinas. Esta tecnología permite automatizar procesos industriales. La composición principal de un sistema de control es el lazo de control. Ejemplos van desde el más simple, controlador discreto, al complejo sistema SCADA que gestiona todos los niveles de procesos manufactureros y ubicaciones geográficas.

Tipos de sistemas de control industrial:

• Sistema SCADA – sistema computarizado que controla y monitoriza procesos de planta
• Controlador proporcional-integral-derivativo (PID) – controla sistema basado en punto de consigna y valor medido
• Controladores lógicos programables (PLC) – computadora industrial robusta, fácilmente programable, con un microprocesador para controlar motores y maquinaria en fábrica usando lógica
• Controladores de automatización programables (PAC) – similar a PLC, pero con multiprocesadores y capacidad de multitarea
• Sistemas de control distribuido (DCS) – controla muchos nodos mediante multiprocesadores con capacidades avanzadas incluyendo muchos puntos I/O
• Interfaz hombre-máquina (HMI) – permite interactuar con una máquina y ver rápidamente el estado de procesos
• Controlador discreto – control simple encendido/apagado, ejemplos: temporizadores, contadores, termostatos

PLC

HMI

Contador

Cómo funciona la automatización industrial:

Etapa 1 - El sistema de control industrial (listado arriba) trabaja junto con el controlador de accionamiento (drive controller).

Controladores de accionamiento comunes:

• Variador de frecuencia (VFD) – controlador de motor AC que usa frecuencia y tensión para controlar velocidad y par de motor eléctrico
• Controlador de motor paso a paso (Stepper drive) – circuito que controla motor paso a paso con corriente en pulsos y fases
• Servo analógico – controla velocidad de motor servo mediante señales de tensión encendido/apagado o pulsos
• Servo digital – como analógico, pero capaz de entregar tasa mucho mayor de pulsos por segundo

Variador de Frecuencia

Etapa 2 - El controlador de accionamiento dirige el actuador que imparte movimiento.

Tipos comunes de actuadores:

• Actuador hidráulico – presión de fluido mueve pistón a través de tubo para generar par
• Actuador neumático – presión de aire o gas controla velocidad y par
• Actuador eléctrico (AC, DC, Lineal, Servo, Paso a paso) – impulsado por motor, energía eléctrica convertida a par mecánico
• Actuador mecánico – usando mecanismos simples, movimiento rotatorio crea movimiento lineal

Actuadores Neumáticos

Procesos continuos de automatización industrial:

• Sensores de realimentación (encoders o resolvers) recogen datos de la carga y los envían al controlador.
• Conexiones Fieldbus y Ethernet soportan intercambio de información entre dispositivos de campo básicos y transmiten hasta nivel empresarial.
• Trabajando con controles automatizados están dispositivos mecánicos: cojinetes, cajas de cambios, tornillos, ruedas, ejes, levas, bielas.

Sistema Fieldbus

Guía lineal y cojinete

• Además de dispositivos electromecánicos y mecánicos, dispositivos de potencia de fluido también se usan en maquinaria industrial. Cuando métodos electromecánicos no dan soluciones prácticas, se introduce potencia de fluido. Típicamente impulsada por electrónica y controlada por sensores y válvulas.

Tecnologías de Potencia de Fluido

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  Dominando los sistemas y componentes neumáticos industriales – Trimantec Guía completa de tipos de rosca: NPT, BSP, JIS, SAE, Métrica para componentes industriales