Automatisació
El vocablo automatisació descriu una àmplia gama de tecnologies que reduïxen l'intervenció humana en els processos. L'intervenció humana es reduïx per mig de la predeterminación dels criteris de decisió, les relacions dels subprocesos i les accions relacionades, i l'incorporació d'eixes predeterminaciones en les màquines.
L'automatisació, inclou l'us de diversos equips i sistemes de controles com maquinària, processos en fàbriques, caldera,[1] i tractament tèrmic forn, conmutación en ret telefònica, direcció i estabilisació de barcos, avions i atres aplicacions i vehículs en reduïda intervenció humana.[2]
L'automatisació comprén aplicacions que van des d'un termostat domèstic que controla una caldera, fins a un gran sistema de control industrial en decenes de mils de mides d'entrada i senyals de control d'eixida. L'automatisació també ha trobat espai en el sector bancari. Sobre la complexitat del control, pot anar des d'un simple control d'encés i apagat fins a algoritmes multivariables d'alt nivell.
En el tipo més senzill d'un llaç de control automàtic, un controlador compara un valor medit d'un procés en un valor de consigna desijat i processa la senyal d'error resultant per a canviar alguna entrada del procés, de manera que este es mantinga en el seu punt de consigna a pesar dels destorbament. Este control en llaç tancat és una aplicació de la retroalimentación negativa a un sistema. La base matemàtica de la teoria del control es va iniciar en el XVIII i va alvançar ràpidament en el XX.
L'automatisació s'ha conseguit per varis mijos, incloent mecànic, hidràulica, neumàtica, elèctrica, dispositius electrònics, i ordenadors, normalment en combinació. Els sistemes complicats, com les fàbriques modernes, els avions i els barcos, solen utilisar totes estes tècniques combinades. Els beneficis de l'automatisació inclouen l'aforro de mà d'obra, la reducció dels residus, l'aforro de costs d'electricitat, l'aforro de costs de material i la millora de la calitat, l'exactitut i la precisió.
El Informe sobre el Desenroll Mundial del Banc Mundial 2019 mostra evidencies de que les noves indústries i llocs de treball en el sector tecnològic superen els efectes econòmics dels treballadors desplaçats per l'automatisació.
La pèrdua de llocs de treball i la movilitat descendent atribuïts a l'automatisació s'han citat com un dels molts factors del resorgiment de les polítiques nacionalistes, proteccionistes i populistes en Estats Units, Regne Unit i França, entre atres països des de la década de 2010.[3][4][5][6][7]
Per una atra part, Jason Resnikoff[8] critica l'abús dels térmens automatisació, mecanisació i informatisació que no comportarien realment una disminució de treball humà global sino una ideologización capitalista i una depauperación de les condicions de treball, considerant-les d'inferior categoria. Les màquines són fetes i manejades per treballadors i no disminuïxen el número de treballadors.[9]
Control en llaç obert i en llaç tancat (retroalimentación)
[editar | editar còdic]Un llaç de control (o bucle de control) és un sistema aplicat pels ingeniers de disseny en aplicacions industrials per a medir i regular variables de procés per mig d'un conjunt de sensors i controladors. L'importància dels llaços de control recau en la seua capacitat per a mantindre l'estabilitat d'un sistema i aplegar consistentemente al resultat desijat d'un procés.
L'objectiu del llaç de control és mantindre la variable de procés (VP) dins d'un ranc concret o un valor determinat (SP). Açò es conseguix per mig de l'us de senyals de retroalimentación i correcció automàtica.
Tots els sistemes de llaços de control tenen una série d'elements essencials per al seu correcte funcionament. A pesar de que hi ha sistemes de llaç de control disponibles en diferents configuracions, especialisats segons l'indústria i el tipo d'us, tots seguixen un principi de disseny similar. Els seus components principals són: el dispositiu de medició, el controlador, l'element final de control i el propi procés.
Fonamentalment, hi ha dos tipos de llaços de control: de llaç obert i de llaç tancat.
En el control en llaç obert, l'acció de control del regulador és independent de la "eixida del procés" (o "variable de procés controlada"). Un bon eixemple d'això és una caldera de calefacció central controlada únicament per un temporisador, de modo que la calor s'aplica durant un temps constant, independentment de la temperatura de l'edifici. (L'acció de control consistix en apagar i encendre la caldera. L'eixida del procés és la temperatura de l'edifici).
En el control en llaç tancat, l'acció de control del regulador depén de l'eixida del procés. En el cas de l'analogia de la caldera, açò inclouria un sensor de temperatura per a controlar la temperatura de l'edifici i, per lo tant, tornar una senyal al controlador per a garantisar que manté l'edifici a la temperatura establida en el termostat. Per lo tant, un controlador de llaç tancat té un llaç de retroalimentación que assegura que el controlador eixercix una acció de control per a donar una eixida del procés igual a la "entrada de referència" o "punt d'ajust". Per esta raó, els controladors de llaç tancat també es denominen controladors de retroalimentación.[10]
La definició d'un sistema de control de llaç tancat segons la British Standard Institution és 'un sistema de control que posseïx retroalimentación de monitoreo, la senyal de desviació formada com a resultat d'esta retroalimentación s'utilisa per a controlar l'acció d'un element de control final de tal manera que tendix a reduir la desviació a zero.[11]
Aixina mateix, un Sistema de control de retroalimentación és un sistema que tendix a mantindre una relació prescrita d'una variable del sistema en una atra, comparant funcions d'estes variables i utilisant la diferència com a mig de control.[11] El tipo alvançat d'automatisació que va revolucionar la fabricació, l'aviació, les comunicacions i atres indústries, és el control per retroalimentación, que sol ser continu i consistix en prendre mides per mig d'un sensor i realisar ajusts calculats per a mantindre la variable medida dins d'un ranc establit.[12][13] La base teòrica de l'automatisació en llaç tancat és la teoria de control.
Accions de control
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Sistema de control.
Control discret (on/off)
[editar | editar còdic]Un dels tipos de control més senzills és el control on-off. Un eixemple és un termostat utilisat en els electrodomèstics que obri o tanca un contacte elèctric. (Els termostats es varen desenrollar originalment com a verdaders mecanismes de control de retroalimentación en lloc del termostat d'encés i apagat comú dels electrodomèstics).
Control de seqüència, en el que es realisa una seqüència programada d'operacions "discretes", a sovint basada en la llògica del sistema que implica estats del mateix. Un sistema de control d'ascensors és un eixemple de control de seqüència.
Controlador PID
[editar | editar còdic]
- Artícul principal → Controlador PID.
Un controlador proporcional-integral-derivativo (controlador PID) és un llaç de control en mecanisme de retroalimentación (controlador) molt utilisat en sistemes de control industrial.
En un llaç PID, el controlador calcula contínuament un <valor d'error> com la diferència entre una punt de consigna desijada i una variable de procés mida i aplica una correcció basada en els térmens proporcional, integral i derivada, respectivament (a voltes denotats com a P, I i D) que donen nom al tipo de controlador.
La comprensió teòrica i l'aplicació daten de la década de 1920, i s'implementen en casi tots els sistemes de control analògic; originalment en controladors mecànics, i després utilisant electrònica discreta i últimament en ordenadors de processos industrials.
Control seqüencial i seqüència llògica o control d'estat del sistema
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Controlador llògic programable.
El control seqüencial pot ser a una seqüència fixa o a una llògica que realisarà diferents accions depenent de varis estats del sistema. Un eixemple d'una seqüència ajustable pero fixa és el temporisador d'un aspersor d'herba.
Els estats es referixen a les distintes condicions que poden donar-se en un escenari d'us o seqüència del sistema. Un eixemple és un ascensor, que utilisa la llògica basada en l'estat del sistema per a realisar certes accions en resposta al seu estat i a l'entrada de l'operador. Per eixemple, si l'operador pulsa el botó de la planta n, el sistema respondrà depenent de si l'ascensor està parat o en moviment, pujant o baixant, o si la porta està oberta o tancada, i atres condicions.[14]
El primer desenroll del control seqüencial va ser la llògica de relés, per mig de la qual els relés elèctrics activen contactes elèctrics que inicien o interrompen l'alimentació d'un dispositiu. Els relés es varen utilisar per primera volta en les rets telegràfiques abans de desenrollar-se per a controlar atres dispositius, com quan s'arranquen i paren motors elèctrics de tamany industrial o s'òbrin i tanquen vàlvules solenoides. L'us de relés per al control permetia un control basat en events, en el que les accions podien activar-se fòra de la seqüència, en resposta a events externs. La resposta era més flexible que la dels rígits temporisadors de leva de seqüència única. Els eixemples més complicats implicaven el manteniment de seqüències segures per a dispositius com els controls de ponts giratoris, en els que era necessari desenganchar un passador abans de poder moure el pont, i el passador no podia soltar-se fins que s'hagueren tancat les portes de seguritat.
El número total de relés i temporisadors de leva pot ascendir a centenars o inclús mills en algunes fàbriques. Les primeres tècniques i llenguages de programació varen ser necessàries per a fer manejables estos sistemes, sent una de les primeres la llògica d'escala, en la que els diagrames dels relés interconectados s'assemblaven als escalons d'una escala. Més vesprada es varen dissenyar ordenadors especials cridats controladors llògics programables per a substituir estos conjunts d'hardware per una única unitat més fàcil de reprogramar.
En un típic circuit d'arrancada i parada de motor cablejat (cridat circuit de control), un motor es posa en marcha pulsant un botó de arrancada o marcha que activa un parell de relés elèctrics. El relé de bloqueig bloqueja els contactes que mantenen el circuit de control energizado quan se solta el pulsador. (El botó d'arrancada és un contacte normalment obert i el de parada és un contacte normalment tancat). Un atre relé energiza un interruptor que alimenta el dispositiu que acciona l'interruptor d'arrancada del motor (tres conjunts de contactes per a l'energia industrial trifásica) en el circuit d'alimentació principal. Els motors grans utilisen alta tensió i experimenten una alta corrent d'entrada, lo que fa que la velocitat siga important a l'hora d'establir i trencar el contacte. Açò pot ser perillós per al personal i la propietat en els interruptors manuals. Els contactes de "bloqueig" en el circuit d'arrancada i els contactes d'alimentació principal del motor es mantenen acoplats pels seus respectius electroimanes fins que es pulsa un botó de "parada" o "apagat", que desenergiza el relé de bloqueig.[15]
Comunament s'afigen interlocks a un circuit de control. Supongam que el motor de l'eixemple alimenta una maquinària que té una necessitat crítica d'lubricación. En este cas, es podria afegir un enclavamiento per a garantisar que la bomba d'oli estiga en funcionament ans que el motor es pose en marcha. Els temporisadors, els interruptors de llímit i els ulls elèctrics són atres elements comuns en els circuits de control.
Les electroválvulas són molt utilisades en aire comprimit o decorregut hidràulic per a alimentar actuadors en components mecànic. Mentres que els motors s'utilisen per a suministrar un moviment rotatori continu, els actuadors solen ser una millor opció per a crear de forma intermitent un ranc de moviment llimitat per a un component mecànic, com moure varis braços mecànics, obrir o tancar vàlvules, alçar rodells de prensa pesats, aplicar pressió a les prenses.
Control per ordenador
[editar | editar còdic]Els ordenadors poden realisar tant el control seqüencial com el control per retroalimentación, i normalment un sol ordenador realisa abdós en una aplicació industrial. Els controladors llògics programables (PLC) són un tipo de microprocessador de propòsit especial que va substituir a molts components d'hardware com els temporisadors i els seqüenciadors de tambor utilisats en els sistemes de tipo llògica de relés. Els ordenadors de control de processos de propòsit general han substituït cada volta més als controladors autònoms, i un sol ordenador pot realisar les operacions de centenars de controladors. Els ordenadors de control de processos poden processar senyes d'una ret de PLC, instruments i controladors per a implementar el control típic (com el PID) de moltes variables individuals o, en alguns casos, per a implementar algoritmes de control complexos utilisant múltiples entrades i manipulacions matemàtiques. També poden analisar les senyes i crear pantalles gràfiques en temps real per als operadors i eixecutar informes per als operadors, els ingeniers i la direcció.
El control d'un caixer automàtic (ATM) és un eixemple de procés interactiu en el que un ordenador realisa una resposta derivada de la llògica a una selecció de l'usuari basada en l'informació recuperada d'una base de senyes en ret. El procés del caixer automàtic té similituts en atres processos de transacció en llínea. Les diferents respostes llògiques es denominen escenaris. Estos processos solen dissenyar-se en l'ajuda de casos d'us i diagrames de fluix, que guien l'escritura del còdic de software. El primer mecanisme de control retroalimentat va ser el rellonge d'aigua inventat per l'ingenier grec Ctesibius (285-222 a. C.).
Història
[editar | editar còdic]Història primerenca
[editar | editar còdic]
Era una preocupació dels grecs i els àraps (en el periodo comprés entre el 300 a. C. i el 1200 d. C., aproximadament) dur el conte exacte del temps. En l'Egipte ptolemaico, cap a l'any 270 a. C., Ctesibius va descriure un regulador de goma per a un rellonge d'aigua, un dispositiu no molt diferent de la bola i l'aixeta d'un vàter modern. Est va ser el primer mecanisme controlat per retroalimentación.[16] L'aparició del rellonge mecànic en el XIV va fer que el rellonge d'aigua i el seu sistema de control de retroalimentación quedaren obsolets.
La Persa Banū Mūsā els germans, en el seu Llibre dels ingenis (850 d. C.), descriuen una série de controls automàtics.[17] Els controls de nivell de dos passos per a decorreguts, una forma de control d'estructura variable discontínua, varen ser desenrollats pels germans Banu Musa.[18] També varen descriure un feedback controller.[19][20] El disseny dels sistemes de control per retroalimentación fins a la Revolució Industrial va ser per ensaig i error, junt en una gran cantitat d'intuïció ingenieril. Per lo tant, era més un art que una ciència. No va ser fins a mediats de el XIX quan es va analisar l'estabilitat dels sistemes de control per retroalimentación utilisant les matemàtiques, el llenguage formal de la teoria del control automàtic.
El regulador centrífugo va ser inventat per Christiaan Huygens en el XVII, i es va utilisar per a ajustar la separació entre pedres de molins.[21][22][23]
La Revolució Industrial en Europa Occidental
[editar | editar còdic]
.
L'introducció dels prime movers, o màquines autopropulsadas va alvançar els molins de gra, els forns, les calderes i la màquina de vapor va crear una nova necessitat de sistemes de control automàtic, incloent regulador de temperatura (inventat en 1624; vore Cornelius Drebbel), regulador de pressió (1681), regulador de goma (1700) i dispositius de control de velocitat. Un atre mecanisme de control s'utilisava per a tensar les veles dels molins de vent. Va ser patentat per Edmund Lee en 1745.[24] També en 1745, Jacques de Vaucanson va inventar el primer teler automatizado. Cap a 1800, Joseph Marie Jacquard va crear l'un sistema de targetes perforades per a programar els telers.[25]
En 1771 Richard Arkwright va inventar la primera hilandería totalment automatizado accionada per energia hidràulica, coneguda en l'época com water frame.[26] Un molí harinero automàtic va ser desenrollat per Oliver Evans en 1785, convertint-se en el primer procés industrial completament automatizado.[27]
Un governador centrífugo va ser utilisat per un senyor Bunce d'Anglaterra en 1784 com a part d'un model de grua de vapor.[28][29] El regulador centrífugo va ser adoptat per James Watt per al seu us en una màquina de vapor en 1788 en acabant de que Boulton, soci de Watt, vera un en un molí de farina que Boulton & Watt estaven construint.[24] El regulador no podia realment mantindre una velocitat establida; el motor assumia una nova velocitat constant en resposta als canvis de càrrega. El regulador era capaç de manejar variacions menors, com les causades per la fluctuació de la càrrega de calor de la caldera. Ademés, hi havia una tendència a l'oscilació cada volta que es produïa un canvi de velocitat. Com a conseqüència, els motors equipats en este regulador no eren adequats per a operacions que requerien una velocitat constant, com el hilado del cotó.[24]
Vàries millores en el regulador, ademés de les millores en els temps de tall de les vàlvules de la màquina de vapor, varen fer que la màquina fora adequada per a la majoria dels usos industrials abans de finals de el XIX. Els alvanços en la màquina de vapor es varen mantindre molt per davant de la ciència, tant de la termodinàmica com de la teoria de control.[24] El regulador va rebre relativament poca atenció científica fins que James Clerk Maxwell va publicar un artícul que va establir el començ d'una base teòrica per a entendre la teoria de control.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Lyshevski, S.E. Electromechanical Systems and Devices 1st Edition. CRC Press, 2008. ISBN 1420069721.
- ↑ Lamb, Frank. Industrial Automation: Hands On (Edició en anglés). NC, McGraw-Hill Education, 2013. ISBN 978-0071816458
- ↑ Dashevsky, Evan. «com/commentary/348219/how-robots-caused-brexit-and-the-rise-of-donald-trump Cóm els robots varen causar el Brexit i l'ascens de Donald Trump». Consultat el 17 de febrer de 2022.
- ↑ Torrance, Jack (25 de juliol de 2017). Robots per a Trump: ¿Va influir l'automatisació en les eleccions nortamericanes?, Management Today.
- ↑ Harris, John (29 de decembre de 2016). La lliçó de Trump i el Brexit: una societat massa complexa per a la seua gent ho arrisca tot | John Harris (in (en-GB)), The Guardian.
- ↑ Darrell West. «¿Prendran el teu treball els robots i la IA? Les conseqüències econòmiques i polítiques de l'automatisació». Brookings Institution.
- ↑ 'La gent està perduda': Els votants de les Terres de Trumplos de França miren a l'extrema dreta.
- ↑ Jason Resnikoff
- ↑ "Existix l'idea de que tot el temps es produïx algun tipo de progrés tecnològic. Pero això és una fantasia", Irene Hernández Velasco, BBC.com, 24 de juny de 2022
- ↑ "Sistemes de retroalimentación i control" - JJ Vaig donar Steffano, AR Stubberud, IJ Williams. Schaums outline séries, McGraw-Hill 1967
- ↑ 11,0 11,1 Mayr, Otto (1970). The Origins of Feedback Control, Clinton, MA USA: The Colonial Press, Inc..
- ↑ Bennett, 1993.
- ↑ Bennett, Stuart (1992). Una història de l'ingenieria de control, 1930-1955. IET. p. 48. ISBN 978-0-86341-299-8.
- ↑ L'eixemple de l'ascensor s'utilisa habitualment en els texts de programació, com Llenguage de modelació unificada
- ↑ «com/mshoass.html Motors arranquen paren manegen apaguen AUTO».
- ↑ Guarnieri, M.. “Les raïls de l'automatisació abans de la mecatrónica”. IEEE Ind. Electron. M. 4 (2): 42-43. doi:.
- ↑ Ahmad Y. Hassan, Transferència de la tecnologia islàmica a Occident, Part II: Transmissió de l'ingenieria islàmica [1] archivat en Wayback Machine.
- ↑ J. Adamy & A. Flemmingteu-darmstadt.de/pdf/flemming2004.pdf «Control d'estructura variable suau: un estudi».Automatica.40(11)
- 1821-1844.doi:10.1016/j.automatica.2004.05.017.Consultat el 17 de febrer de 2022.
- ↑ Otto Mayr (1970). The Origins of Feedback Control, MIT Press.
- ↑ Donald Routledge Hill, "Mechanical Engineering in the Medieval Near East", Scientific American, maig de 1991, p. 64-69.
- ↑ «princeton.edu/hos/Mahoney/clarklec.html Charting the Globe and Tracking the Heavens».
- ↑ Bellman, Richard E. (8 de decembre de 2015). Processos de control adaptatiu: A Guided Tour, Princeton University Press. ISBN 9781400874668.
- ↑ (1979) A History of Control Engineering 1800-1930, London: Peter Peregrinus Ltd., pp. 47, 266. ISBN 978-0-86341-047-5.
- ↑ 24,0 24,1 24,2 24,3 Bennett 1979
- ↑ Bronowski, Jacob (1990). The Ascent of Man, London: BBC Books, pp. 265. ISBN 978-0-563-20900-3.
- ↑ Liu, Tessie P. (1994). El nuc del tejedor: Les contradiccions de la lluita de classes i la solidaritat familiar en l'oest de França, 1750-1914, Cornell University Press, p. 91. ISBN 978-0-8014-8019-5.
- ↑ Jacobson, Howard B. (1959). Automation and Society, New York, NY: Philosophical Library, p. 8.
- ↑ Charles Frederick. «Un curs de conferències sobre la màquina de vapor, pronunciat davant els membres de l'Institució de Mecànics de Londres... Al que s'adjunta una còpia de la rara obra sobre la navegació a vapor, publicada originalment per J. Hulls en 1737. Ilustrat en ... gravats».
- ↑ Britain), Societat per al Foment de les Arts, les Manufactura, and Commerce (Great. «aneu=-xJFAQAAMAAJ&pg=PA296 Transaccions de la Societat Instituïda en Londres per al Foment de les Arts, les Manufactura i el Comerç».
Referències
[editar | editar còdic]
- Este artícul conté una traducció derivada de «Automatisació» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.