Desarrollo e integración de una arquitectura SIMATIC para la evaluación de estrategias de control

Abstract

El presente trabajo tiene como objetivo desarrollar e implementar una arquitectura SIMATIC, entendida como la integración estructurada de hardware, software, señales, comunicación y rutinas de control basadas en equipos Siemens, orientada a la evaluación de estrategias de control en procesos industriales continuos y secuenciales. Asimismo, se busca diseñar, supervisar y validar rutinas de control bajo los lineamientos de la norma IEC 61131-3, proporcionando un entorno para consolidar habilidades orientadas a aplicaciones industriales. Diversas investigaciones, como [National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine, 2024] y [Supriya, et al., 2024], indican que, en la transición de la Industria 4.0 hacia la Industria 5.0, persisten desafíos estructurales y tecnológicos, entre los que destacan la escasez de talento especializado, la fragmentación en los esquemas de formación y las limitaciones en la infraestructura de datos. Ante este panorama, las plataformas experimentales constituyen una alternativa efectiva para la evaluación de soluciones de automatización, ya que permiten validar técnicas de control en entornos controlados sin comprometer la operación de una planta industrial. A partir de ello, se diseñó una arquitectura de control basada en el controlador SIMATIC S7-1500 y en el entorno de programación Totally Integrated Automation (TIA) Portal, integrando un sistema térmico para el análisis de control continuo y una mesa electroneumática para la validación de control secuencial. La propuesta contempla la especificación funcional de los procesos, la organización de variables, el desarrollo de diagramas eléctricos y la estandarización de conexiones. En el proceso continuo, se implementaron y compararon dos controladores Proporcional-Integral-Derivativo (PID): el bloque tecnológico PID_Compact y un PID nativo desarrollado a partir de su formulación en tiempo continuo, lo que permitió analizar el comportamiento dinámico del sistema. En el proceso secuencial, se validó la ejecución de una rutina de control ordenada y segura, mediante el monitoreo de cada etapa y la verificación del cumplimiento de las condiciones de transición establecidas. Esto permitió comprobar la correspondencia entre la lógica programada y la respuesta física de la mesa electroneumática, asegurando que la secuencia se desarrollara conforme al comportamiento esperado del sistema. Los resultados obtenidos demuestran que la arquitectura desarrollada constituye una plataforma robusta, flexible y escalable, capaz de integrar y analizar estrategias de control en procesos de distinta naturaleza. Asimismo, se establece como una base tecnológica adecuada para futuras aplicaciones en automatización industrial, incluyendo su posible extensión hacia funciones de supervisión, monitoreo avanzado y análisis de desempeño.