Clase 12 ( 24/4/2012)

AUTÓMATAS PROGRAMABLES

En electrónica un autómata es un sistema secuencial, aunque en ocasiones la palabra es utilizada también para referirse a un robot. Puede definirse como un equipo electrónico programable en lenguaje no informático y diseñado para controlar, en tiempo real y en ambiente industrial, procesos secuenciales. Sin embargo, la rápida evolución de los autómatas hace que esta definición no esté cerrada.

  

Los autómatas programables o PLCs son dispositivos de control muy utilizados en automatización industrial, y tienen pinta de una o varias cajas de plástico acopladas físicamente y eléctricamente entre sí. Una de ellas contiene la CPU y las otras son módulos complementarios para entradas y salidas, comunicaciones, alimentación y otras funciones.
Los PLCs datan de la década de los 80, cuando se vió la utilidad de sustituir relés y temporizadores. Llevan borneros traseros para conectar el cableado correspondiente a sensores y actuadores, así como comunicación con otros autómatas y ordenadores.

 El autómata programable:

Arquitectura del PLC:

Debido a la estructura modular de los PLC, en general pueden distinguirse en él los siguientes subsistemas:
- Procesador central
- Módulo de E/S
- Interfaz con el operador y otros periféricos
- Comunicaciones

Procesador central: Es la unidad central del proceso del sistema. En la actualidad casi todos los PLC usan varias CPU para dividir el trabajo de entrada/salida, procesamiento, solución de lógica y comunicaciones. Con esto se logra facilidad para desarrollar programas, como también una mejor ejecución de funciones de control y manipulación de información.

Entre los componentes que conforman el procesador se pueden señalar: Modulo de procesador, Modulo de memoria, Modulo de registros, Modulo de control de sistemas, Control de E/S, Fuente de potencia y Control de comunicaciones.

Dentro de la CPU vamos a disponer de una área de memoria, la cual se emplea para diversas funciones:
- Memoria del programa de usuario: aquí introduciremos el programa que el PLC va a ejecutar cíclicamente.
- Memoria de la tabla de datos: se suele subdividir en zonas según el tipo de datos (como marcas de memoria, temporizadores, contadores, etc.)
- Memoria del sistema: aquí se encuentra el programa en código maquina que motoriza el sistema (programa del sistema). Este programa es ejecutado directamente por el microprocesador dividido microcontrolador que posea el PLC.
- Memoria de almacenamiento: se trata de memoria externa que empleamos para almacenar el programa de usuario y en ciertos casos parte de la memoria de la tabla de datos.

Algunos tipos de memoria que utilizan son: RAM, CMOS, EPROM, EEPROM y otras. En la memoria tipo ROM esta contenido el sistema operativo y software de aplicación, y en la memoria tipo RAM se carga, por el usuario, el programa de aplicación de control.

Las instrucciones de programación que poseen, permiten realizar funciones típicas tales como relés, temporizadores, contadores, operaciones aritméticas, comparación de datos, manipulación de palabras, relés de control maestro, tienen además otras instrucciones más poderosas como transferencia de bloques, saltos a subrutinas, operación de archivos, diagnostico, programación en línea, procesamiento paralelo, niveles de interrupción.

Durante cada ciclo de scan, las señales de entrada provenientes de los sensores se transmiten a través de un modulo adaptador de comunicaciones al procesador, el que ejecuta el programa de control previamente ingresado por el usuario, y transmite los datos de salida a los respectivos actuadores.

Primero se actualizan las salidas del autómata con los valores de los registros internos asociados y a continuación las entradas se chequean y sus valores se almacenan en los registros asociados a las mismas.
- Una vez terminada la tarea I/O, se ejecuta el programa con los datos almacenados en los registros internos.
- El tiempo necesario para completar un ciclo de scan se llama tiempo de scan, transcurrido el cual puede haber un periodo de tiempo inactivo idle. Este proceso se ejecuta de un modo permanente, ciclo tras ciclo y sin n.

Lenguajes de Programación:

- LD: Diagrama Ladder de contactos.

- ST: Texto Estructurado.

- FB: Bloques Funcionales.

- IL: Lista de Instrucciones.

- SFC: Grafcet.

Fabricantes de PLC: ABB, Afeisa, Allen Bradley (Rockwell), Entrelec, Exor, Fuji, GE-Fanuc, Hitachi, Hitech, Ibercomp, Idec, Koan, Mitsubishi, Matsushita, Moeller, National, Omron, Pilz, Siei, Siemens, Sprecher, Telemecanique (Schneider), Tri, Xycom, Yaskawa.

Cableado con PLC: El cableado entre PLCs y con los diferentes módulos, sensores, actuadores, ... se hace mediante redes construídas específicamente para la aplicación determinada.

Por último se expusieron dos trabajos de simulación por parte de los compañeros uno de ellos acerca del montaje/ensamblaje de aerogeneradores y el otro basado en la fabricación de frigoríficos.

  

Clase 11 ( 17/4/2012)

NEUMÁTICA

En la sesión se ha tratado la neúmatica, haciendo referencia a diferentes temas dentro de ella.

¿Qué es?

La neumática es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es un material elástico y, por tanto, al aplicarle una fuerza se comprime, mantiene esta compresión y devuelve la energía acumulada cuando se le permite expandirse, según dicta la ley de los gases ideales.

La automatización puede ser considerada como el paso más importante del proceso de evolución de la industria en el siglo XX, al permitir la eliminación total o parcial de la intervención humana, obteniéndose las ventajas siguientes:

-Reducción de los costes de mano de obra directos.

-Uniformidad de la producción y ahorro de material.

-Aumento de la productividad.

-Mayor control de fa producción al poder introducir en el proceso sistemas automáticos de muestreo.

-Aumento de la calidad del producto final.

 

Partes de una unidad neumática

 

La fuente responsable de este aire comprimido es el denominado compresor. Los componentes básicos de esta unidad neumática son:

 

 

1.- filtro de aire

2.- compresor

3.- motor eléctrico

4.- tanque de almacenamiento

5.- interruptor de presión

6.- válvula de seguridad

7.- válvula de control de alimentación

 

Cilindros:

 

     Cilindro de simple efecto:

 

     Cilindro de doble efecto:

 

 

Válvulas

 

Sirven para controlar el paso de fluido. La notación es: NºVías / NºPosiciones

 

El accionamiento puede ser Manual, con pulsador, seta, palanca o pedal. Mecánico, con leva, rodillo o varilla. Neumático, con ori cios especiales para señales neumáticas. Eléctrico, con electroimán. Electroneumático.

El esquema neumático es el plano de representación de todos los elementos, con los conductores y líneas de conexión de un mando. El esquema debe dibujarse lo más claro posible, para su fácil interpretación, debiéndose diseñar con las normas VDE 3226 y DIN 24300.

 

 

En todo proceso de automatización se distinguen tres partes:

a) Elementos periféricos de entrada, a través de los cuales llega al sistema la información.

b) Unidad central de tratamiento de la información.

c) Elementos periféricos de salida, que, de acuerdo con las órdenes elaboradas por la unidad central, gobiernan los elementos de potencia.

 

 

 

 

A continuacón voy a mostrar ejemplos de un esquema neumático, y algunas de sus aplicaciones:

 

Esquema:

Aplicaciones:

Clase 10 ( 3/4/2012)

SENSORES

En esta clase hemos tratado el tema de los sensores, que a continuación muestro un resumen.

¿Qué es?

 Un sensor o captador, como prefiera llamársele, no es más que un dispositivo diseñado para recibir información de una magnitud del exterior y transformarla en otra magnitud, normalmente eléctrica, que seamos capaces de cuantificar y manipular.

Normalmente estos dispositivos se encuentran realizados mediante la utilización de componentes pasivos (resistencias variables, PTC, NTC, LDR, etc... todos aquellos componentes que varían su magnitud en función de alguna variable), y la utilización de componentes activos.

Pero el tema constructivo de los captadores lo dejaremos a un lado, ya que no es el tema que nos ocupa, más adelante incluiremos en el WEB SITE algún diseño en particular de algún tipo de sensor.

Un SENSOR es un elemento compuesto por tres partes principales:

  

• CAPTADOR: este dispositivo es sensible a una magnitud que se expresa mediante un parámetro. Por ejemplo, una PTC es una resistencia sensible a la temperatura. Las variaciones de la temperatura se expresan como cambios en la resistencia que presenta.
• TRANSDUCTOR: Recibe energía, la trasforma a energía eléctrica y la retrasmite.
• ACONDICIONADOR: Recibe la señal procedente del transductor, y ajusta (acondiciona) los niveles de voltaje e intensidad precisos para su posterior tratamiento.

  

Sistema de Control:

1. El sensor detecta las variaciones de la señal de salida y, a través del bucle de realimentación, envía esta información al comparador. El elemento sensor será de distinta naturaleza en función de la magnitud que se quiera controlar (sensores de temperatura, de presión, de luz, de caudal, etc.).

2. El comparador o detector de error es un dispositivo que compara la señal de salida, captada por el sensor, con la señal de entrada. A partir de la diferencia entre ambas, el comparador produce una señal de error, y la envía al controlador.

3. El controlador o regulador interpreta el error que se ha producido y actúa para anularlo. Mientras no se detecten variaciones en la señal de salida, el controlador no realiza ninguna acción, pero si la señal de salida se aparta del valor establecido, el controlador recibe la señal de error del comparador y manda una orden al actuador para corregir la desviación.

4. El actuador actúa sobre la máquina o proceso modificando su funcionamiento, según las órdenes del controlador. Cuando se detecta un error en la salida del sistema, el actuador recibe y ejecuta las órdenes para llevar el proceso al funcionamiento adecuado.

 

 

TIPOS DE SENSORES 

 

• De posición: interruptores finales de carrera.
• De velocidad: tacómetros.
• De temperatura: termistores, termopares.
• De presión: materiales piezoeléctricos, diafragmas.
• De deformación: galgas extensiométricas.

POTENCIOMETRO





 TRANSDUCTORES

Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de energía de entrada, en otra diferente a la salida.

El nombre del transductor ya nos indica cual es la transformación que realiza (por ejemplo electromecánica, transforma una señal eléctrica en mecánica o viceversa), aunque no necesariamente en esa dirección. Es un dispositivo usado principalmente en la industria, en la medicina, en la agricultura, en robotíca, en aeronáutica, etc. para obtener la información de entornos físicos y químicos y conseguir (a partir de esta información) señales o impulsos eléctricos o viceversa. Los transductores siempre consumen algo de energía por lo que la señal medida resulta debilitada.

 

Clase 9 ( 27/3/2012)

OPERACIONES DE FABRICACIÓN

En esta clase continuamos con el segundo capítulo del libro que comentamos la clase anterior "Automation Production Systems".

Definimos Fabricación como una aplicación de procesos físicos y químicos para alterar la geometría, propiedades y/o apariencia de un material de partida para hacer productos.

- Industrias y productos de fabricación
- Operaciones de fabricación
- Relaciones producto-producción
- Conceptos de producción y modelos matemáticos (tasa de producción, capacidad de planta, utilización y disponibilidad)
- Costes de operaciones de fabricación

 El proceso de fabricación lo podemos entender desde diferentes puntos de vista:

 

El proceso de fabricación se consigue casi siempre mediante una secuencia de operaciones, teniendo en cuenta que la fabricación siempre añade valor al material.

 

Industrias de Fabricación y Productos:

• Industrias Primarias: Explotan los recursos naturales (Ganadería, canteras, ...).
• Industrias Secundarias: Convierten los productos de la industria primaria en otros productos (Automoción, plásticos, ...).
• Industrias Terciarias: Servicios (Banda, comunicaciones, turismo, ...).

A continuación se exponen la distintas industrias en los distintos sectores:

Centrándonos en el sector secundario, podemos distinguir distintos tipos de producción:
PRODUCCIÓN CONTINUA: Los equipos se usan para un determinado producto, o productos de caraterísticas muy similares. Por ejemplo, las refinerías de petróleo. La salida es ininterrumpida, continua.
PRODUCCIÓN EN LOTES: El material se procesa en cantidades determinadas, lo que proporciona una salida por lotes de un determinado número de unidades. Admite diversidad de productos.

(a) Producción contínua
(b) Producción continua, Fabricación discreta
(c) Producción por lotes
(d) Producción por lotes, Fabricación discreta 



 

Operaciones de Fabricación:

- Procesado y Ensamblaje:

Procesado: transformación física de un material, en forma, o propiedades físico-químicas.

• Operaciones de forma
• Operaciones que modifican propiedades
• Operaciones superficiales

Ejemplos: Solidificación (Casting& Moulding), Sintetización (aplicación de presión a polvo), Deformación (cambiar forma), Eliminación de material (taladro, fresado, torno).

 

Ensamblaje: unir dos o más piezas para crear otra nueva; por soldadura, por ejemplo.

 

- Manejo de material y Almacenaje: Es importante que se haga tan eficiente como sea posible, ya que el trabajo en proceso del material (WIPs) se presenta como dinero parado.

- Inspección y Test: Control de calidad, toma de muestras.

- Coordinación y Control: Regulación de los procesos individualmente y organización de actividades a nivel de planta.

 

 

Relaciones Producto-Producción:

 

Cantidad de producción // Variedad del producto.

Depende de la complejidad del producto con el que trabajamos, Limitaciones, Capacidad de producción,...

 

Temas Cuantitativos de Producción

Tasa de Producción: Partes producidas por unidad de tiempo, se calcula en función del tipo de proceso (linea, continuo, por lotes...)Tiempo de Ciclo de Operación: Tiempo en el que una pieza es procesada. Es la suma de los tiempos de máquina, herramienta, paradas de mantenimiento.Capacidad de Producción: Piezas producidas
Utilización: lo que se produce respecto a lo que se podría producirDisponibilidad: tiempos entre fallos y reparacionesManufacturing Lead Time: Tiempo requerido para procesar una pieza, es decir el tiempo que una pieza está en el sistema.WIPs: Productos en procesado o entre operaciones de procesado.

Costes: Fijos (constantes a cualquier nivel de producción) y Variables (varía en proporción del nivel de producción).
Costes de equipamiento: necesidad de amortización de maquinaria

 

  

Como ejemplo, en Anylogic se pueden determinar estos cálculos:

• - Tasa de producción.
• - Tiempo de ciclo por operación.
• - Capacidad de producción.
• - Utilización.
• - Disponibilidad.
• - Tiempo en el sistema.
• - Material de Proceso = Inventario.
• - Costes Variables.
• - Costes del equipo = Amortización.

 

 

 

 

 

Clase 8 ( 20/3/2012)

En esta clase se analizó el libro "Automation Production Systems M.P. Groover", colgado en la sección materiales didacticos.

Acontinuación facilito un enlace al libro Automation Production Systems. M.P. Groover.pdf del cual extraemos los siguientes gráficos que resultaran interesantes para la comprensión de diferentes activididades.

https://docs.google.com/file/d/0B1sbY3zBD05xMFNLenZ1YnVRRldKSldSNDNMaEcyUQ/edit

 

Categorías o niveles de los sistemas de producción:

 

 

INSTALACIONES DEL PROCESO PRODUCTIVO

 

Las instalaciones de un proceso productivo son: la empresa, máquinas e instrumentos de producción, equipos de inspección y los sistemas informáticos que controlan las operaciones de producción. También incluye el lay-out, que indica la disposición de los equipos en la empresa.

La producción puede clasificarse en 3 rangos:

1. Baja Producción
2. Media Produccíon
3. Baja Producción

La producción de cada empresa dependerá de lo que se fabrique en ella, es decir, del objetivo productivo que persiga esa empresa.

 

En las siguientes figuras se pueden apreciar diferentes características de estos 3 tipos de producción:

 

a) Fixed position Layout.

Low quantity production:

Type job shop (taller):

• Poca producción
• Mucha variedad
• Productos complejos
• Requiere flexibilidad
• Trabajadores y equipos (máquinas) se mueven hacia el producto

•  

b) Process Layout

 

 

 

c) Cellular Layout

 

d) Production Layout

 Medium quantity production:
Type:Batch production
Por lotes:Figuras b y c

• Poca variedad

• Organización de máquinas según pedidos
  

High production:
En masa:Figura d

• Producción en cadena (en línea)

• A cada estación le llega una tarea y pasa a la siguiente

Figura.Tipos de medios y layouts empleados para diferentes niveles según la cantidad y variación de producción.

 

Clase 7 ( 13/3/2012)

La clase comenzó con la explicación de el Manufacturing Glossary text, lo cual aparece en el siguiente enlace:Manufacturing glossary text

A continuación tratamos:

PUNTOS CLAVE PARA UNA SIMULACIÓN

         ·         Necesidad de cantidad de equipos y personal.

         ·         Nº, tipo y disposición física de los elementos de transporte etc.

         ·         Localización y tamaño de los buffer o inventario.

         ·         Evaluación de un cambio en el volumen del producto o de la mezcla.

         ·         Evaluación del efecto de nuevas piezas de tipo en un sistema de fabricación existente.

         ·         Evaluación del capital invertido.

         ·         Planificación de los recursos de trabajo.

      Una vez mirado esto, vimos diferentes ejemplos de simulación en AnyLogic:

      - Máquina de vapor.  Se trata de mover una rueda de tren con un sistema accionado por un cilindro que provoca el movimiento gracias a una válvula y un sistema ingenioso para recircular el vapor provocado en un depósito.

- Taladro automatizado. Con tres botones de pieza, mordaza y marcha se controla la puesta de pieza, amordazarla para que no se mueva y bajada de la broca para agujerear la pieza. Primero bajaba con velocidad rápida para luego taladrar a una velocidad más lenta adecuada al material simulado. Esta programa simula el funcionamiento de un grafcet de un PLC.

- Barbería. Cada 300 segundos +-100 entra un cliente. Si el barbero está ocupado el cliente espera en cola hasta que el barbero es soltado por el cliente previo. Esa entidad luego agarra a barbero para servicio. Se calculan estadísticas y funciones de densidad  dejando un largo tiempo de simulación para saber cuánto le costará al barbero servir a 300 clientes. Este programa requiere ampliar la clase de la entidad.

- Brazo Robótico. Traslada piezas de una bancada a otra en función de las diferentes tareas que se le tienen que hacer a cada pieza.

Clase 6.2 ( 3/6/2012 )

En esta clase también se nos insta a buscar información sobre los siguientes temas:

PROCESO DE FABRICACIÓN

Un proceso de fabricación, es el conjunto de operaciones unitarias necesarias para modificar las características de las materias primas. Dichas características pueden ser de naturaleza muy variada tales como la forma, la densidad, la resistencia, el tamaño o la estética. Se realizan en el ámbito de la industria.

Para la obtención de un determinado producto serán necesarias multitud de operaciones individuales de modo que, dependiendo de la escala de observación, puede denominarse proceso tanto al conjunto de operaciones desde la extracción de los recursos naturales necesarios hasta la venta del producto como a las realizadas en un puesto de trabajo con una determinada máquina-herramienta.

En el ámbito industrial se suelen considerar convencionalmente los procesos elementales que se indican, agrupados en dos grandes familias:

Tecnología mecánica

·         Moldeo

• Conformado o deformación plástica
• Procesos con arranque de material
• Tratamientos térmico

·         Tratamientos superficiales

Tecnología química

• Procesos físicos

·         Procesos químicos

 

Un par de ejemplos que comentamos en clase fueron el torno y la fresadora:

Torno: Se denomina  torno  a un conjunto de máquinas y herramientas que permiten mecanizar piezas de forma geométrica de revolución. Estas máquinas-herramienta operan haciendo girar la pieza a mecanizar (sujeta en el cabezal o fijada entre los puntos de centraje) mientras una o varias herramientas de corte son empujadas en un movimiento regulado de avance contra la superficie de la pieza, cortando la viruta de acuerdo con las condiciones tecnológicas de mecanizado adecuadas. Desde el inicio de la Revolución industrial, el torno se ha convertido en una máquina básica en el proceso industrial de mecanizado.

Fresadora: Herramienta rotativa de varios filos de corte denominada fresa. Mediante el fresado es posible mecanizar los más diversos materiales como madera, acero, fundición de hierro, metales no férricos y materiales sintéticos, superficies planas o curvas, de entalladura, de ranuras, de dentado, etc. A demás de las piezas fresadas pueden ser desbastadas o afinadas.

 En las fresadoras tradicionales, la pieza se desplaza acercando las zonas a mecanizar a la herramienta, permitiendo obtener formas diversas, desde superficies planas a otras más complejas.

EJEMPLO SOBRE CIRCUITOS 

Después de hablar del proceso de fabricación vimos un ejemplo sobre circuitos, en serie y en paralelo.

Hablamos de a ver cuál de los dos circuitos podíamos poner en nuestra habitación.

La respuesta es que ninguno de ellos los podemos tener en nuestro cuarto. Para el segundo caso que parece que era el mas factible para poner, necesitaríamos un conmutador para poder cambiar la dirección del interruptor y que en vez de encenderse ( y por lo tanto seguir luciendo la luz), se invirtiera su sentido y se apagase la luz.

 

 

¿Cómo hacer que funcione la instalación de luz de un cuarto con dos interruptores?

 

Mediante la utilización de conmutadores, a continuación se describe la instalación de un punto de luz conmutado:

El circuito consta de dos conmutadores S1 y S2 y un punto de luz.

- Conecte el cable de fase al borne común de la llave conmutadora.

- Conecte los dos bornes libres del conmutador, a los dos bornes del conmutador.

- Del borne común del conmutador lleve un cable a un borne de la bombilla.

- Conecte el cable neutro al otro borne de la bombilla.