thumb|300px|Se requiere la mínima intervención humana para controlar muchas grandes instalaciones, como esta estación de generación eléctrica
El vocablo automatización describe una amplia gama de tecnologías que reducen la intervención humana en los procesos. La intervención humana se reduce mediante la predeterminación de los criterios de decisión, las relaciones de los subprocesos y las acciones relacionadas, y la incorporación de esas predeterminaciones en las máquinas.
La automatización, incluye el uso de diversos equipos y sistemas de controles como maquinaria, procesos en fábricas, caldera,Lyshevski, S.E. Electromechanical Systems and Devices 1st Edition. CRC Press, 2008. ISBN 1420069721. y tratamiento térmico horno, conmutación en red telefónica, dirección y estabilización de barcos, aviones y otras aplicaciones y vehículos con reducida intervención humana.Lamb, Frank. Industrial Automation: Hands On (Edición en inglés). NC, McGraw-Hill Education, 2013. ISBN 978-0071816458
La automatización abarca aplicaciones que van desde un termostato doméstico que controla una caldera, hasta un gran sistema de control industrial con decenas de miles de medidas de entrada y señales de control de salida. La automatización también ha encontrado espacio en el sector bancario. En cuanto a la complejidad del control, puede ir desde un simple control de encendido y apagado hasta algoritmos multivariables de alto nivel.
En el tipo más sencillo de un lazo de control automático, un controlador compara un valor medido de un proceso con un valor de consigna deseado y procesa la señal de error resultante para cambiar alguna entrada del proceso, de forma que éste se mantenga en su punto de consigna a pesar de las perturbaciones. Este control en lazo cerrado es una aplicación de la retroalimentación negativa a un sistema. La base matemática de la teoría del control se inició en el y avanzó rápidamente en el XX.
La automatización se ha logrado por varios medios, incluyendo mecánico, hidráulica, neumática, eléctrica, dispositivos electrónicos, y ordenadores, normalmente en combinación. Los sistemas complicados, como las fábricas modernas, los aviones y los barcos, suelen utilizar todas estas técnicas combinadas. Los beneficios de la automatización incluyen el ahorro de mano de obra, la reducción de los residuos, el ahorro de costes de electricidad, el ahorro de costes de material y la mejora de la calidad, la exactitud y la precisión.
El Informe sobre el Desarrollo Mundial del Banco Mundial 2019 muestra evidencias de que las nuevas industrias y puestos de trabajo en el sector tecnológico superan los efectos económicos de los trabajadores desplazados por la automatización.
La pérdida de puestos de trabajo y la movilidad descendente achacados a la automatización se han citado como uno de los muchos factores del resurgimiento de las políticas nacionalistas, proteccionistas y populistas en Estados Unidos, Reino Unido y Francia, entre otros países desde la década de 2010.
Por otra parte, Jason ResnikoffJason Resnikoff critica el abuso de los términos automatización, mecanización e informatización que no conllevarían realmente una disminución de trabajo humano global sino una ideologización capitalista y una depauperación de las condiciones de trabajo, considerándolas de inferior categoría. Las máquinas son hechas y manejadas por trabajadores y no disminuyen el número de trabajadores."Existe la idea de que todo el tiempo se produce algún tipo de progreso tecnológico. Pero eso es una fantasía", Irene Hernández Velasco, BBC.com, 24 de junio de 2022
Control en lazo abierto y en lazo cerrado (retroalimentación)
Un lazo de control (o bucle de control) es un sistema aplicado por los ingenieros de diseño en aplicaciones industriales para medir y regular variables de proceso mediante un conjunto de sensores y controladores. La importancia de los lazos de control recae en su capacidad para mantener la estabilidad de un sistema y llegar consistentemente al resultado deseado de un proceso.
El objetivo del lazo de control es mantener la variable de proceso (VP) dentro de un rango concreto o un valor determinado (SP). Esto se logra mediante el uso de señales de retroalimentación y corrección automática.
Todos los sistemas de lazos de control tienen una serie de elementos esenciales para su correcto funcionamiento. A pesar de que hay sistemas de lazo de control disponibles en diferentes configuraciones, especializados según la industria y el tipo de uso, todos siguen un principio de diseño similar. Sus componentes principales son: el dispositivo de medición, el controlador, el elemento final de control y el propio proceso.
Fundamentalmente, hay dos tipos de lazos de control: de lazo abierto y de lazo cerrado.
En el control en lazo abierto, la acción de control del regulador es independiente de la "salida del proceso" (o "variable de proceso controlada"). Un buen ejemplo de ello es una caldera de calefacción central controlada únicamente por un temporizador, de modo que el calor se aplica durante un tiempo constante, independientemente de la temperatura del edificio. (La acción de control consiste en apagar y encender la caldera. La salida del proceso es la temperatura del edificio).
En el control en lazo cerrado, la acción de control del regulador depende de la salida del proceso. En el caso de la analogía de la caldera, esto incluiría un sensor de temperatura para controlar la temperatura del edificio y, por lo tanto, devolver una señal al controlador para garantizar que mantiene el edificio a la temperatura establecida en el termostato. Por lo tanto, un controlador de lazo cerrado tiene un lazo de retroalimentación que asegura que el controlador ejerce una acción de control para dar una salida del proceso igual a la "entrada de referencia" o "punto de ajuste". Por esta razón, los controladores de lazo cerrado también se denominan controladores de retroalimentación."Sistemas de retroalimentación y control" - JJ Di Steffano, AR Stubberud, IJ Williams. Schaums outline series, McGraw-Hill 1967
La definición de un sistema de control de lazo cerrado según la British Standard Institution es 'un sistema de control que posee retroalimentación de monitoreo, la señal de desviación formada como resultado de esta retroalimentación se utiliza para controlar la acción de un elemento de control final de tal manera que tiende a reducir la desviación a cero.
Asimismo, un Sistema de control de retroalimentación es un sistema que tiende a mantener una relación prescrita de una variable del sistema con otra, comparando funciones de estas variables y utilizando la diferencia como medio de control. El tipo avanzado de automatización que revolucionó la fabricación, la aviación, las comunicaciones y otras industrias, es el control por retroalimentación, que suele ser continuo y consiste en tomar medidas mediante un sensor y realizar ajustes calculados para mantener la variable medida dentro de un rango establecido.Bennett, Stuart (1992). Una historia de la ingeniería de control, 1930-1955. IET. p. 48. . La base teórica de la automatización en lazo cerrado es la teoría de control.
Acciones de control
Control discreto (on/off) Uno de los tipos de control más sencillos es el control on-off. Un ejemplo es un termostato utilizado en los electrodomésticos que abre o cierra un contacto eléctrico. (Los termostatos se desarrollaron originalmente como verdaderos mecanismos de control de retroalimentación en lugar del termostato de encendido y apagado común de los electrodomésticos).
Control de secuencia, en el que se realiza una secuencia programada de operaciones "discretas", a menudo basada en la lógica del sistema que implica estados del mismo. Un sistema de control de ascensores es un ejemplo de control de secuencia.
Controlador PID right|thumb|400x400px|Un diagrama de bloques de un controlador PID en un lazo de retroalimentación, r(t) es el valor del proceso deseado o "set point", e y(t) es el valor del proceso medido
Un controlador proporcional-integral-derivativo (controlador PID) es un lazo de control con mecanismo de retroalimentación (controlador) muy utilizado en sistemas de control industrial.
En un lazo PID, el controlador calcula continuamente un <valor de error> como la diferencia entre una punto de consigna deseada y una variable de proceso medida y aplica una corrección basada en los términos proporcional, integral y derivada, respectivamente (a veces denotados como P, I y D) que dan nombre al tipo de controlador.
La comprensión teórica y la aplicación datan de la década de 1920, y se implementan en casi todos los sistemas de control analógico; originalmente en controladores mecánicos, y luego utilizando electrónica discreta y últimamente en ordenadores de procesos industriales.
Control secuencial y secuencia lógica o control de estado del sistema
El control secuencial puede ser a una secuencia fija o a una lógica que realizará diferentes acciones dependiendo de varios estados del sistema. Un ejemplo de una secuencia ajustable pero fija es el temporizador de un aspersor de césped.
Los estados se refieren a las distintas condiciones que pueden darse en un escenario de uso o secuencia del sistema. Un ejemplo es un ascensor, que utiliza la lógica basada en el estado del sistema para realizar ciertas acciones en respuesta a su estado y a la entrada del operador. Por ejemplo, si el operador pulsa el botón de la planta n, el sistema responderá dependiendo de si el ascensor está parado o en movimiento, subiendo o bajando, o si la puerta está abierta o cerrada, y otras condiciones.El ejemplo del ascensor se utiliza habitualmente en los textos de programación, como Lenguaje de modelado unificado
El primer desarrollo del control secuencial fue la lógica de relés, mediante la cual los relés eléctricos activan contactos eléctricos que inician o interrumpen la alimentación de un dispositivo. Los relés se utilizaron por primera vez en las redes telegráficas antes de desarrollarse para controlar otros dispositivos, como cuando se arrancan y paran motores eléctricos de tamaño industrial o se abren y cierran válvulas solenoides. El uso de relés para el control permitía un control basado en eventos, en el que las acciones podían activarse fuera de la secuencia, en respuesta a eventos externos. La respuesta era más flexible que la de los rígidos temporizadores de leva de secuencia única. Los ejemplos más complicados implicaban el mantenimiento de secuencias seguras para dispositivos como los controles de puentes giratorios, en los que era necesario desenganchar un cerrojo antes de poder mover el puente, y el cerrojo no podía soltarse hasta que se hubieran cerrado las puertas de seguridad.
El número total de relés y temporizadores de leva puede ascender a cientos o incluso miles en algunas fábricas. Las primeras técnicas y lenguajes de programación fueron necesarias para hacer manejables estos sistemas, siendo una de las primeras la lógica de escalera, en la que los diagramas de los relés interconectados se asemejaban a los peldaños de una escalera. Más tarde se diseñaron ordenadores especiales llamados controladores lógicos programables para sustituir estos conjuntos de hardware por una única unidad más fácil de reprogramar.