Ejercicios: Automatización programada

Explica qué es un autómata programable o PLC, dónde se utiliza habitualmente y qué tres operaciones realiza de forma repetida mientras está en marcha (leer entradas, ejecutar el programa, activar salidas).

Las entradas de un PLC reciben señales y las salidas gobiernan elementos. Clasifica estos elementos como posible entrada o posible salida de un autómata: (a) un pulsador de marcha, (b) un motor, (c) un sensor de presencia, (d) una electroválvula, (e) un final de carrera y (f) una lámpara de señalización.

Antes de los PLC, las automatizaciones se hacían con relés cableados: cambiar el proceso exigía recablear el armario. Explica qué cambió con la llegada del autómata programable y qué ventaja supone «cambiar el programa» frente a «cambiar el cableado».

El PLC trabaja repitiendo el «ciclo de scan»: leer las entradas, ejecutar el programa y actualizar las salidas. Explica ese ciclo con tus palabras y por qué se repite muchas veces por segundo.

Las entradas de un PLC pueden ser digitales (todo o nada) o analógicas (un valor continuo). Clasifica estas señales como entrada digital o analógica: un pulsador de marcha, un sensor de presencia, una sonda de temperatura de $0$ a $100\ ^\circ\text{C}$ y un detector de nivel por boya.

Las salidas de un PLC gobiernan relés o contactores. Explica qué es un relé de salida y por qué hace falta entre la electrónica del autómata y un motor de potencia (separar el circuito de mando del de potencia).

Explica qué es un final de carrera, dónde se instala físicamente y qué información da al PLC. Pon un ejemplo de su uso en una puerta automática de garaje.

Toda automatización documenta su lista de entradas y salidas (qué sensor llega a cada borne y qué actuador sale de cada uno). Explica por qué esa documentación es imprescindible años después, cuando otra persona distinta debe reparar la máquina.

La figura muestra un autómata que gobierna una cinta transportadora: dos elementos envían señales al equipo central y este gobierna dos elementos de la cinta, como se muestra en la figura.

Indica qué equipo ocupa la posición central, describe el recorrido de las señales desde el pulsador y el sensor hasta el motor y el pistón, y explica dónde reside la «inteligencia» del sistema (qué decide y con qué criterio).

Una barrera de aparcamiento funciona así: un sensor magnético detecta un coche, el autómata comprueba que la barrera está abajo, activa el motor para subirla, espera unos segundos a que pase el coche y la baja de nuevo. Describe esta secuencia como una lista ordenada de pasos, señalando en cada paso si interviene una entrada, una decisión del programa o una salida.

Una fábrica cambia su producto dos veces al año y con ello cambia el orden de las operaciones de su línea de envasado. Explica por qué con PLC esos cambios se hacen en horas y con relés cableados llevaban días, y qué otros costes (parada de producción, errores de cableado, documentación) se reducen con la automatización programada.

El proceso de una embotelladora sigue este cronograma: con la botella detectada ($t = 0\ \text{s}$), la cinta se detiene; a los $0{,}5\ \text{s}$ se abre la válvula de llenado durante $3\ \text{s}$; a los $4\ \text{s}$ la cinta avanza de nuevo. (a) Describe la secuencia completa en pasos ordenados. (b) Calcula cuánto tiempo está parada la botella bajo la boquilla. (c) Razona por qué la válvula no se abre si no hay botella detectada (enclavamiento).

El cronograma de la figura muestra el funcionamiento de una barrera automática de aparcamiento durante diez segundos: la señal superior indica cuándo la barrera está abierta y la inferior, cuándo el sensor detecta un coche, como se muestra en la figura.

(a) Indica en qué instante llega el coche. (b) Calcula cuántos segundos permanece abierta la barrera. (c) Analiza, a la vista del cronograma, qué riesgo aparece si el coche se queda parado bajo la barrera más tiempo del previsto.

Un enclavamiento impide que la barrera de un aparcamiento baje mientras el coche está debajo. Explica qué es un enclavamiento en la programación de un autómata, cómo se consigue que una salida dependa de una condición adicional (la señal del sensor en serie lógica con la orden de bajar) y por qué se considera una medida de seguridad.

Para automatizar una máquina se puede elegir entre relés cableados, un PLC industrial o un microcontrolador educativo. Compara los tres (robustez en entorno industrial, facilidad de cambiar el proceso, coste, formación necesaria) y razona cuál elegirías para el taller del instituto y cuál para una fábrica de alimentación.

Por un error lógico, un programa activa a la vez las salidas «subir» y «bajar» de un motor. Explica qué puede ocurrir (cortocircuito o esfuerzo mecánico destructivo), por qué además de evitarlo en el programa se instala protección por hardware (enclavamiento eléctrico entre los dos contactores) y en qué consiste esa protección.

Diseña la automatización de una embotelladora: la cinta avanza hasta que un sensor detecta la botella bajo la boquilla, la cinta se detiene, la electroválvula llena durante un tiempo, la botella avanza a la taponadora y un pistón coloca el tapón. Escribe la secuencia de estados del proceso y la lista de entradas y salidas que necesitaría el PLC (sensores y actuadores concretos).

En toda automatización hay que decidir el «estado seguro»: lo que debe ocurrir si falla la alimentación o el programa. Analiza qué debería hacer una puerta automática de garaje, una cinta transportadora de equipajes y una prensa hidráulica al producirse un corte eléctrico, y justifica cada decisión pensando en la seguridad de personas y bienes.

La automatización programada aumenta la precisión, la seguridad y la productividad, pero transforma el mercado laboral. Analiza sus beneficios y sus efectos sobre el empleo (tareas que desaparecen, tareas nuevas que aparecen, perfiles que se revalorizan) y concluye con tu valoración razonada sobre cómo debería gestionarse ese cambio.

Diseña la automatización de un paso de peatones con pulsador: define las entradas (pulsador) y las salidas (semáforo de coches verde/ámbar/rojo y semáforo de peatones), escribe la secuencia de estados con sus tiempos razonables y explica qué debe hacer el programa si se pulsa dos veces seguidas (no acumular pasos ni reiniciar la secuencia a mitad).

En un ascensor, el freno funciona por seguridad positiva: unos muelles lo mantienen aplicado y es la corriente eléctrica quien lo libera. Analiza por qué ese diseño hace seguro un corte de luz (la cabina queda frenada y no cae) y describe qué deben hacer el control de las puertas y del motor ante un fallo de alimentación.

Un depósito crítico tiene dos sensores de nivel y discrepan entre sí (uno indica «lleno» y otro «vacío»). Analiza cómo debe reaccionar el programa (alarma de discrepancia, pasar a un estado seguro, no fiarse de ninguno) y explica qué aporta un tercer sensor con votación dos de tres en instalaciones críticas.

En una cinta transportadora, el sensor de piezas no detecta nada durante 30 segundos estando la línea en marcha. Analiza qué puede significar (atasco aguas arriba, sensor averiado), qué debe hacer el programa (parada controlada de la cinta y alarma, en vez de seguir girando en vacío) y qué consecuencias tiene que el programa no contemple ese caso.

Haz la lista completa de entradas y salidas del PLC de una puerta de garaje automática (fotocélula de seguridad, finales de carrera de subida y de bajada, pulsador y mando, motor de subir, motor de bajar, lámpara de cortesía) y describe el programa en pasos ordenados, incluyendo qué hace la fotocélula durante el cierre de la puerta.