Tema 18. Automatización programada de procesos, supervisión y telemetría

1. Del requisito al automatismo

Automatizar un proceso es conseguir que se ejecute sin intervención humana. El criterio 5.1 pide diseñar, programar, construir y simular o montar ese proceso, y el trabajo empieza por escribir con precisión lo que tiene que ocurrir.

2. Entradas y salidas, digitales y analógicas

Un automatismo se comunica con el proceso por sus señales. Clasificarlas es el primer paso del diseño, y se hace en una tabla que después sirve de índice del cableado y del programa.

3. Máquinas de estados

Un automatismo no es una función matemática: su respuesta no depende solo de lo que mide ahora, sino de lo que estaba haciendo. Ya lo vimos en la histéresis del Tema 17, cuya decisión dependía de si la válvula estaba abierta. Esa memoria, organizada, es una máquina de estados.

4. El automatismo del KR-1, escrito

La máquina de estados se implementa con una variable que guarda el estado y una estructura que, en cada vuelta del bucle principal, decide si hay transición. Es el patrón estándar y cabe en una página.

"""Automatismo del KR-1. Máquina de estados de cinco estados.
Requisitos de seguridad implementados: tiempo máximo de válvula,
número máximo de riegos diarios, lectura plausible y fallo persistente.
"""
from machine import Pin, ADC
import time

# --- Tabla de entradas y salidas (Tema 18, sección 2) ---
sonda = ADC(Pin(34)); sonda.atten(ADC.ATTN_11DB)
deposito = Pin(18, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
valvula = Pin(26, Pin.OUT)
led = Pin(23, Pin.OUT)

# --- Constantes de configuración ---
UMBRAL_PCT = 30
DURACION_RIEGO_S = 30
TIEMPO_MAX_VALVULA_S = 60     # requisito de seguridad
RIEGOS_MAX_DIA = 4            # requisito de seguridad
PERIODO_CICLO_S = 900
HORA_INICIO, HORA_FIN = 7, 10
CUENTAS_MIN, CUENTAS_MAX = 200, 4000   # fuera de esto, lectura imposible

# --- Estado ---
estado = "REPOSO"
t_estado = time.time()        # instante de entrada en el estado
riegos_hoy = 0

def cerrar_valvula():
    valvula.value(0)

def entrar(nuevo):
    """Cambia de estado, cierra la válvula por defecto y anota el instante."""
    global estado, t_estado
    cerrar_valvula()
    estado = nuevo
    t_estado = time.time()
    registrar_evento(nuevo)

def en_estado_s():
    return time.time() - t_estado

# --- Bucle principal: una vuelta, una decisión ---
entrar("REPOSO")

while True:
    lectura = leer_cuentas()
    plausible = CUENTAS_MIN <= lectura <= CUENTAS_MAX
    humedad = cuentas_a_porcentaje(lectura) if plausible else None
    hora = hora_actual()

    if estado == "REPOSO":
        led.value(0)
        if en_estado_s() >= PERIODO_CICLO_S:
            entrar("MIDIENDO")

    elif estado == "MIDIENDO":
        if not plausible:
            entrar("FALLO")
        elif deposito.value() == 0:
            entrar("FALLO")
        elif (humedad < UMBRAL_PCT
              and HORA_INICIO <= hora < HORA_FIN
              and riegos_hoy < RIEGOS_MAX_DIA):
            entrar("REGANDO")
            valvula.value(1)
            riegos_hoy += 1
        else:
            entrar("ESPERA")

    elif estado == "REGANDO":
        led.value(1)
        if en_estado_s() >= TIEMPO_MAX_VALVULA_S:
            entrar("FALLO")                    # seguridad: manda siempre
        elif en_estado_s() >= DURACION_RIEGO_S:
            entrar("ESPERA")
        elif not plausible or deposito.value() == 0:
            entrar("FALLO")

    elif estado == "ESPERA":
        if en_estado_s() >= 5:
            entrar("REPOSO")

    elif estado == "FALLO":
        cerrar_valvula()
        led.value(1 if int(time.time()) % 2 else 0)   # parpadeo de aviso
        publicar_alarma()

    publicar_estado(estado, humedad, valvula.value())
    time.sleep(1)

5. Enclavamientos y condiciones de seguridad

Un enclavamiento es una condición que impide una acción mientras no se cumpla algo, independientemente de lo que pida la lógica normal. Son las barreras del automatismo, y se diseñan enumerando qué puede ir mal.

6. Sistemas de supervisión SCADA

SCADA son las siglas de Supervisory Control And Data Acquisition: supervisión, control y adquisición de datos. Es el conjunto de software y equipos que permite a una persona vigilar y gobernar un proceso automatizado desde un puesto de control, sin estar junto a la máquina.

Las ventajas que el currículo pide enumerar

7. Telemetría y monitorización

8. Alarmas y registro

Una alarma es un aviso de que algo requiere atención. Diseñarlas mal tiene una consecuencia muy conocida en la industria: si hay demasiadas, se ignoran todas.

El registro de sucesos

# Cada cambio de estado y cada alarma, al registro local y a la red
def registrar_evento(nuevo_estado):
    linea = f"{marca_de_tiempo()};{nuevo_estado};{riegos_hoy}\n"
    with open("eventos.csv", "a") as f:
        f.write(linea)
    if hay_red():
        publicar_evento(nuevo_estado)

9. Verificar y documentar el automatismo

Verificar un automatismo no es comprobar que riega. Es comprobar, uno a uno, que cada requisito —y sobre todo cada requisito de seguridad— se cumple. Y eso exige provocar los fallos a propósito.

Comprueba lo que has aprendido

Este tema se demuestra con un automatismo que sobrevive a los fallos que le provoques y con un panel que te permita verlo desde casa.

Prueba que lo demuestra todo: dale el sistema a otro equipo con la especificación y el procedimiento de puesta en marcha, y que intenten romperlo. Cada fallo que encuentren y tu programa no contemple es un requisito de seguridad que faltaba.

Glosario del tema

Alarma

Aviso de que una situación requiere la atención de una persona.

Automatizar

Conseguir que un proceso se ejecute sin intervención humana.

Cadencia

Intervalo con el que se toman o se envían las medidas.

Enclavamiento

Condición que impide una acción mientras no se cumpla un requisito, al margen de la lógica normal.

Estado

Situación en la que puede encontrarse un automatismo; solo una a la vez.

Inundación de alarmas

Situación en la que el exceso de avisos hace que se ignoren todos.

Lista de señales

Tabla que relaciona cada entrada y salida con su tipo, su pin y su elemento físico.

Mantenimiento predictivo

Intervención anticipada basada en la evolución de variables del propio sistema.

Máquina de estados

Modelo de automatismo formado por estados, transiciones, condiciones y acciones.

Mensaje de última voluntad

Aviso que el broker publica automáticamente cuando un cliente desaparece de la red.

Monitorización

Vigilancia continua de un proceso a partir de los datos recibidos.

SCADA

Sistema de supervisión, control y adquisición de datos de un proceso automatizado.

Telemetría

Transmisión de medidas a distancia.

Transición

Cambio de un estado a otro, sujeto a una condición.

Watchdog

Temporizador del microcontrolador que reinicia la placa si el programa deja de responder.

Fuentes y recursos fiables

• [1] MicroPython — Referencia rápida del ESP32 (en inglés). Temporizadores, watchdog y modos de arranque.
• [2] MQTT.org (en inglés). Mensaje de última voluntad y calidad de servicio.
• [3] INSST. Seguridad de máquinas: enclavamientos, resguardos y parada de emergencia.
• [4] UNE — Asociación Española de Normalización. Seguridad de las máquinas y sistemas de mando relativos a la seguridad (UNE-EN ISO 13849).
• [5] Wokwi. Simulación del automatismo completo con ESP32, sensores y actuadores.
• [6] Decreto 64/2022, de 20 de julio (BOCM). Currículo de Tecnología e Ingeniería I, bloque F: automatización programada, SCADA, telemetría y monitorización.