Edgar Javier Urquijo Rasc贸n Ing. Sistemas computacionales Matricula: 25113121 Profesor: Dr. Jos茅 Benito Franco Urrea Materia: Automatizaci贸n de sistemas
10 febrero de 2014
INDICE.
1. INTRODUCCIÓN.
2. PERFIL DESCRIPTIVO.
3. INFORMACIÓN INSTITUCIONAL.
4. PRACTICAS EN CLASE.
5. TRABAJOS DE INVESTIGACIÓN.
6. EXPOSICIONES EN CLASE.
7. REPORTES DE LECTURA.
8. CONCEPTOS.
9. CONCLUSIÓN.
10. BIBLIOGRAFIA.
INTRODUCCIÓN. La automatización de sistemas es un proceso industrial (máquina, conjunto o equipo industrial) consiste en la incorporación al mismo, de un conjunto de elementos y dispositivos tecnológicos que aseguren su control y buen comportamiento. Dicho automatismo, en general, ha de ser capaz de reaccionar frente a las situaciones previstas de antemano, y por el contrario, frente a imponderables, tener como objetivo situar al proceso y a los recursos humanos que lo asisten en una situación más favorable. Históricamente, los objetivos de la automatización han sido el procurar la reducción de costes de fabricación, la calidad constante en los medios de producción, y liberar al ser humano de las tareas tediosas, peligrosas o insalubres. Sin embargo, desde los años 60, debido a la alta competitividad empresarial y a la internacionalización creciente de los mercados, estos objetivos han sido ampliamente incrementados. Téngase en cuenta que como resultado de dicha competencia, cualquier empresa actualmente se ve sometida a grandes y rápidos procesos de cambio en búsqueda de su adecuación a las demandas del mercado, neutralización de los avances de su competencia, o, simplemente como maniobra de cambio de estrategia al verse acortado el ciclo de vida de alguno de sus productos. Esto obliga a mantener medios de producción adecuados que posean una gran flexibilidad y puedan modificar oportunamente la estrategia de producción. La aparición de la microelectrónica y el computador, ha tenido como consecuencia el que sea posible lograr mayores niveles de integración entre el Sistema Productivo y los centros de decisión y política empresarial, permitiendo que la producción pueda ser contemplada como un flujo de material a través del Sistema Productivo y que interacciona con todas las áreas de la empresa. Este concepto es la base de la Automatización Integrada - CIM- (Computer Integrated Manufacturing ), que tiene como objetivos: • • • • •
Reducir los niveles de stock y aumentar su rotación. Disminuir los costes directos. Control de los niveles de stock en tiempo real. Reducir los costes de material. Aumentar la disponibilidad de las máquinas mediante la reducción de los
tiempos de preparación y puesta a punto * Incrementar la productividad. • Mejorar el control de calidad. • Permitir la rápida introducción de nuevos productos. • Mejorar el nivel de servicio. En este contexto, lo que se pretende, es que las denominadas islas de automatización, tales como PLC's, máquinas de control numérico, robots etc. se integren en un sistema de control jerarquizado que permita la conversión de decisiones de política empresarial en operaciones de control de bajo nivel.
PERFIL DESCRIPTIVO.
UNIVERSIDAD DEL DESARROLLO PROFESIONAL
Perfil Descriptivo de Clase Materia:
AUTOMATIZACIÓN DE SISTEMAS
Ciclo:
2014-2
Maestro:
Dr. José Benito Franco Urrea
Horario:
13:00-15:00
Objetivo del Curso:
El alumno será capaz de aplicar los principios básicos de programación de dispositivos configurables para la automatización de sistemas electromecánicos.
TIPO
Bibliografía:
TITULO
AUTOR
EDITORIAL/REVISTA
AÑO
Libro
ATÓMATAS PROGRAMABLES Y SISTEMAS DE AUTOMATIZACIÓN
Enrique Mandado Pérez Jorge Marcos Acevedo
Editorial Marcombo, S.A.
2009
Libro
Autómatas programables
1997
Artículo
La automatización garantiza la productividad y la calidad.
Eduardo Editorial García Dunna Marcombo, S.A. Josep Balcells Douglas C. Artículo Montgomery
Artículo
SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN PARA UNA PLANTA PRODUCTORA DE JABÓN LÍQUIDO
Andrés Mauricio Zapata Gallego
2011
.
Artículo
2006
Artículo
criterios para la Evaluación
Metodología para realizar una automatización utilizando PLC
José Guadalupe Castro Lugo, Juan José Padilla Ybarra, Eduardo Romero A.
Artículo
2003
CALIFICACIÓN ORDINARIA (PONDERACIÓN) Actividades semanales
30%
Examen primer parcial.
15%
Portafolio reaprendizaje
10%
Examen segundo parcial.
25%
Trabajos independientes
20%
TOTAL 100%
Reglas 1. El alumno es responsable de enterarse de su número de faltas y retardos. 2. El alumno debe contar con un mínimo del 80% de asistencia para tener derecho a su calificación final. 3. El alumno que se sorprenda incurriendo en actos desleales en la elaboración de exámenes, tareas o trabajos, obtendrá cero (0) de calificación en el trabajo, tarea y/o examen 4. Es responsabilidad del estudiante hablar inmediatamente con el maestro cuando tenga problemas con el material de clase, sus calificaciones, etc. De esta manera evitaremos problemas en el fin del ciclo. 5. Sólo se justifican inasistencias si son autorizadas por la coordinación académica bajo el procedimiento correspondiente 6. Se tomara asistencia al iniciar la clase. 7. Prohibido utilizar teléfonos celulares y/o aparatos electrónicos dentro del aula. 8. La clase es de 100 minutos efectivos. 9. La clase inicia a la hora en punto 10. No se permiten alimentos ni bebidas dentro del aula. 11. Deberá presentar su Carnet de Pago, expedido por su coordinador administrativo, para la autorización de recepción de trabajos finales y la aplicación de exámenes en la última semana del módulo. Calendarización
Sesión
1
13/10/2014
2
14/01/2014
3
15/01/2014
4
Tema
Fecha
16/01/2014
5
20/01/2014
6
21/01/2014
1. Presentación del programa de curso. 2. Inducción a la materia. 3. Formación de equipos y asignación de los temas para exposición de los alumnos. 4. Exposición en PowerPoint de los temas (Maestro). 5. Análisis y reflexión de los temas por parte del alumno, dudas de clase. 6. Directrices para elaborar el portafolio de alumno y el proyecto final. 7. Instalación del software TLP LogixPro Simulator versión 1.61. En equipos del laboratorio y/o de estudiantes. 1. Introducción 1.1. Conceptos generales. Instalación del software TLP LogixPro Simulator versión 1.61. En equipos del laboratorio y/o de estudiantes. 1.2. Definición de los conceptos básicos de la simulación. 1.3. Factores a considerar en el desarrollo del modelo de simulación.
1.2. Finalidad de la automatización 1.3. Software y Hardware Exposición Equipo #1: Artículo “La automatización garantiza la productividad y la calidad.” Exposición en PowerPoint de los temas (Maestro). Análisis y reflexión de los temas por parte del alumno, dudas de clase 2.Servomecanismos y contactores 2.1. Parámetros generales Exposición equipo #2 “Metodología para realizar una automatización utilizando PLC”. 2.2. Símbolos y convenciones.
7
22/01/2014
Exposición en PowerPoint de los temas (Maestro). Análisis y reflexión de los temas por parte del alumno, dudas de clase 2.3 Clasificación.
8
23/01/2014
Exposición en PowerPoint de los temas (Maestro). Análisis y reflexión de los temas por parte del alumno, dudas de clase 2.4. Conexiones básicas.
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10
27/01/2014
28/01/2014
3. Dispositivos de potencia. Ejercicios prácticos en el softwareLogixpro Simulator. Exposición en PowerPoint de los temas (Maestro). Análisis y reflexión de los temas por parte del alumno, dudas de clase 3.1. Rectificador de silicio controlado (SCR) 3.2. Circuitos simples. Equipo #3: Artículo “SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN PARA UNA PLANTA PRODUCTORA DE JABÓN LÍQUIDO”
11
29/01/2014
Exposición en PowerPoint de los temas (Maestro). Análisis y reflexión de los temas por parte del alumno, dudas de clase 3.3. Control de fase del SCR. 3.4. TRIAC.
3.5. Circuitos básicos. 30/01/2014
EXAMEN PRIMER PARCIAL
13
03/02/2014
4. Controladores lógicos programables (PLC’s) 4.1. Configuraciones típicas de un sistema basado en PLC’s.
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04/02/2014
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05/02/2014
4.2. Descripción de las diferentes gamas de PLC´s. 4.3. Harward interno de un PLC. 4.5. Módulos especiales. 4.6. Instalación y mantenimiento de un PLCs.
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06/02/2014
Revisión de portafolio
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10/02/2014
Revisión proyecto final
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11/02/2014
Exposición proyecto final
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12/02/2014
EXAMEN SEGUNDO PARCIAL
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13/02/2014
ENTREGA DE CALIFICACIONES ORDINARIAS
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EXAMEN EXTRAORDINARIOS
INFORMACIÓN INSTITUCIONAL. Misión. La misión de UNIDEP es formar profesionales de éxito que cuenten con las actitudes, habilidades y conocimientos que demanda el sector productivo de la región. Visión. La Universidad del Desarrollo Profesional es una institución de educación superior de calidad, que ofrece programas presenciales y semis presenciales de bachillerato, profesional asociado, licenciatura, posgrado, diplomados y cursos en México y en el extranjero. Se distingue por facilitar a sus egresados la incorporación al mercado de trabajo, apoyada en una estrecha vinculación con el sector productivo y en planes de estudio pertinentes y dinámicos. Es reconocida por su modelo educativo profesionalizan te, por la flexibilidad de su oferta académica impartida en ciclos continuos y por horarios y cuotas accesibles, acordes a la disponibilidad de tiempo y recursos económicos del alumno. Cuenta con profesores de amplia experiencia profesional y educativa. Sus instalaciones dentro de la ciudad permiten el fácil acceso.
Cuenta con un modelo de administración sistematizado, participativo, operado por personal que es recompensado por su desempeño efectivo que le permite maximizar las aportaciones de sus socios y mantener finanzas sanas. VALORES UNIDEP: Lealtad: Los integrantes de la comunidad universitaria consideramos la fidelidad como un valor excelso que enaltecemos en nuestro quehacer diario. Justicia: Los integrantes de la comunidad universitaria actuamos con la constante y perpetua voluntad de dar a cada cual lo que le corresponde conforme a sus méritos o actos. Honestidad: Los integrantes de la comunidad universitaria actuamos con sinceridad y honradez en nuestras tareas y en congruencia entre los pensamientos, palabras y acciones. Responsabilidad: Los integrantes de la comunidad universitaria llevamos a cabo nuestras actividades con integridad, con sentido del propósito y apegados a los objetivos institucionales. Esfuerzo: Los integrantes de la comunidad universitaria usamos nuestra máxima energía para cumplir con los objetivos trazados. Creatividad: Los integrantes de la comunidad universitaria resolvemos los problemas con imaginación, conocimientos y con un espíritu.
PRACTICAS EN CLASE. Ejercicio 1.-
Practica de salida normal.-
Practica de temporizador.-
Practica salida tipo relevador.-
Practica temporizador semรกforo.-
Practicas launch.-
Practica salidas tipo bit.-
Practica silos.-
Practica bajar y subir puerta.-
TRABAJOS DE INVESTIGACIÓN.
TRABAJO No. 1.
PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN.
Transformación significa el resultado de un proceso de cambio de forma. Sucede cuando una cosa, hecho o idea es convertida en otra.
Es la secuencia en etapas que tiene por objeto crear un artículo, con forma y dimensiones definidas y útiles a partir de la materia prima. Las técnicas empleadas para conseguir la forma final y el acabado por ejemplo de los plásticos dependen de tres factores: tiempo, temperatura deformación.
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.
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.
PROCESOS DE DISTRIBUCIÓN.
La distribución, en este caso, es el proceso que consiste en hacer llegar físicamente el producto al consumidor. Para que la distribución sea exitosa, el producto debe estar a disposición del potencial comprador en el momento y en el lugar indicado.
PROCESOS DE MEDICIÓN Y VERIFICACIÓN.
En un proceso pueden aparecer distintas fuentes de variación. La variación que se observa al final del mismo será debida al proceso de fabricación y al proceso de medición, es decir, que no se limita a los indicadores (o calibradores ), sino a todo tipo de instrumentos de medición , métodos de prueba y medición de otros sistemas. Por tanto, para conocer la variación final, deberemos conocer tanto la variación del proceso de fabricación como la debida al proceso de medición.
Es la confirmación de que los procesos de una organización cumplen con los requisitos específicos conforme a una norma o un estándar, mediante la aportación de evidencia objetiva.
A grandes rasgos, se analizan las prácticas implantadas en los procesos de la organización con el auxilio de cuestionarios y entrevistas acordes con los requisitos establecidos en la norma aplicable. Con base en los resultados obtenidos de esta investigación, se determina el nivel de madurez de capacidades de los procesos verificados según la solicitud de la organización. Al final, se emite un Dictamen de Conformidad formalizando el resultado obtenido.
CIRCUITO DE POTENCIA.
Circuito de potencia: es el encargado de alimentar al receptor (p.e. motor, calefacción, electro freno, iluminación, etc.). Está compuesto por el contactor (identificado con la letra K), elementos de protección (identificados con la letra F como pueden ser los fusibles F1, relé térmico F2, relés magneto-térmicos, etc.) y un interruptor trifásico general (Q). Dicho circuito estará dimensionado a la tensión e intensidad que necesita el motor. En la figura se muestra el circuito de potencia del arranque directo de un motor trifásico.
CIRCUITO DE MANDO.
Circuito de mando: es el encargado de controlar el funcionamiento del contactor. Normalmente consta de elementos de mando (pulsadores, interruptores, etc. identificados con la primera letra con una S), elementos de protección, bobinas de contactores, temporizadores y contactos auxiliares. Este circuito está separado eléctricamente del circuito de potencia, es decir, que ambos circuitos pueden trabajar a tensiones diferentes, por ejemplo, el de potencia a 380 V de c.a. y el de mando a 24 V de c.c.
TRABAJO No. 2
CONCEPTO DE ALGEBRA DE BOOLE.
Álgebra de Boole (también llamada álgebra booleana) en informática y matemática, es una estructura algebraica que esquematiza las operaciones lógicas Y, O , NO y SI (AND, OR, NOT, IF), así como el conjunto de operaciones unión, intersección y complemento.
Los sistemas de control, tales como conectores y relés, utilizan muchos componentes que tienen dos estados muy bien diferenciados: abierto (conduce) o cerrado (no conduce). Éstos se denominan componentes todo o nada, o lógicos.
Dichos estados se representan con los números 1 y 0, lo que facilita el estudio sistemático del comportamiento de los componentes lógicos. A su vez, se aplica un conjunto de leyes y
propiedades comunes que no tienen relación directa con el tipo de elemento en cuestión (no importa si se trata de una puerta lógica, un relé o un transistor).
De acuerdo a todo esto, cualquier componente de tipo todo o nada puede ser representado por una variable lógica, lo cual significa que ésta podrá presentar el valor 1 o 0. Se llama álgebra de Boole al grupo de leyes y reglas que se tienen en cuenta para operar con este tipo de variables; su denominación viene del apellido del creador, un matemático inglés autodidacta cuyo nombre de pila era George y que vivió en el siglo XIX.
George Boole (2 de noviembre de 1815 - 8 de diciembre de 1864) fue un matemático y lógico británico.
TRABAJO No. 3.
CONTACTORES NEUMATICOS:
Se accionan mediante la presión de aire.
CONTACTORES ELECTROMAGNETICOS:
Su accionamiento se realiza a través de un electroimán.
CONTACTORES ELECTROMECANICOS:
Se accionan con ayuda de medios mecánicos.
CONTACTORES HIDRAULICOS:
Se accionan por la presión de aceite para cargar.
CONTACTORES AL AIRE:
En ellos la separación de los polos se hace en el aire y la chispa se apaga mediante un diseño especial (cámaras apaga chispas).
CONTACTORES AL ACEITE:
La apertura de los contactos se produce en el seno de un baño de aceite.
CONTACTORES DE CORRIENTE CONTINUA, CONTACTORES DE CORRIENTE ALTERNA:
Cabe acotar que estos últimos requieren una construcción de sus contactos y cámaras de arco muy estudiada, pues la corriente no se anula naturalmente y la energía almacenada magnéticamente se disipa durante el proceso de interrupción del circuito.
CONTACTORES DE ALTA TENSION(A PARTIR DE 1000V), CONTACTORES DE BAJA TENSION (HASTA 1000V):
Los elementos de protección se los identifica con la letra F.
EXPOSICIÓN EN CLASE.
REPORTES DE LECTURA REPORTE DE LECTURA 1 La metodología empleada en Alemania y que es responsable de todo el éxito de esta gran nación constructora es la automatización y optimización de maquinas y procesos. El sistema CNC, incluye todo el entorno de la maquina, herramienta y abarcan, dependiendo de tipo y tamaño de la producción, la mayoría del trayecto de producción dependiendo de la totalidad de los medios. La fabricación industrial se puede plantear en diferentes o varios niveles de automatización: el primer nivel, maquina y herramienta, del cual es responsable el CNC (Control Numérico por Computadora). El segundo nivel lo integra el sistema de control CNC, que se trata del PMC (Programmable Machine Control) o autómata programable, que mejora el funcionamiento de la máquina-herramienta. El tercer nivel lo abarca todo, automatizado de la maquina, la carga y descarga de la misma, así como tareas varias, como la limpieza o pulido de los componentes. En la cuarta etapa se centralizan todo el equipamiento. Los datos arrojados son recogidos y analizados para así optimizar la producción. La automatización de la maquina. Los componentes esenciales en la industria del procesamiento del metal son las maquinas y herramientas y los centros de procesamiento que, hoy en día, son prácticamente en su totalidad controlados por CNC. Un torno clásico en donde se operaba manualmente, ya tiene un tono de nostalgia. Estas maquinas ya solo se utilizan con fines de enseñanza, solo para que el futuro usuario desarrollo una “sensibilidad” para el mecanizado. Por lo demás incluso las maquinas más simples están equipadas con productos de CNC para facilitar su manejo y conseguir una alta precisión de modo constante. Por eso GE Fanuc Automation ha desarrollado los productos CNC de nivel básico de la Serie 0i, para facilitar el uso de diversas maquinas de modelado. Estos productos le dan al cliente, precio bajo en su producción así como gran eficiencia y es a lo que se ha enfocado esta compañía. Claro que también cuenta con una línea de productos CNC que son aptos para tareas mas complejas y que demandan mayor sensibilidad, eficacia y rapidez para trabajar, estos productos son destinados a la industria, de moldes, herramientas, autos y aeronaves. Estos sistemas de CNC son de alta tecnología ya que contienen un gran procesador de alta velocidad, así como un bus interno de alta velocidad. Con un controlador integrado muy rápido y un encoder con 16 millones de impulsos por revolución, junto con la interpolación en nanómetros, que se aplica a todo el contorneado.
El PMC es también fundamental para mantener los tiempos de producción reducidos y en consecuencia, la productividad elevada. Estos equipos solo requieren de 25 nanosegundos por instrucción, lo que nos habla de la alta velocidad que manejan sus procesos. Las cada vez más rápidas y complejas operaciones de mecanizado representan a su vez unas condiciones de creciente exigencia para los operadores. Durante la última EMO pudo observarse una clara tendencia hacia la automatización del entorno de la máquina. En numerosas áreas, los visitantes pudieron constatar los avances en automatización por medio de sistemas de manipulación y robots. REPORTE DE LECTURA 3 Las fabricas automatizadas deben contar con sistemas de PLC (pogramer logic controler) para su buen funcionamiento ya que si se dicen automatizar sus procesos industriales es indispensable que cuenten con estos dispositivos, este dispositivo fue introducido en 1970 y se fue desarrollando con nuevos componentes electrónicos, tales como microprocesadores de alta velocidad, agregándoles funciones especiales para el control de procesos más complejos. Podemos definir que el controlador lógico programable como toda máquina electrónica diseñada para controlar en tiempo real y en medio industrial procesos secuenciales de control, su programación y manejo pueden ser realizados por personal con conocimientos eléctricos o electrónicos, sin previos conocimientos sobre informática. Los primeros controladores PLC se utilizaron solamente como remplazo de reveladores, es decir, su capacidad se reducía exclusivamente al control On Off, (de dos posiciones) en máquinas y procesos industriales, los PLC ofrecen muchas ventajas sobre otros dispositivos de control tales como relés, temporizadores electrónicos, contadores y controles mecánicos como del tipo tambor. La tarea del operador se reduce a solo programar que no es más que la relación de señales de entrada que se tiene que cumplir para activar cada salida, la lógica programable es una familia de componentes que contienen conjuntos de elementos lógicos, que pueden configurarse para que cumplan cualquier función lógica que el usuario desee y que el componente soporte. Los circuitos integrados son dispositivos definibles por el usuario, a diferencia de otros dispositivos, pueden contener funciones analógicas, digitales y combinaciones de ambas, en general son programables por el usuario, esto significa que el fabricante configurara el dispositivo según las especificaciones del usuario. Las PROM son memorias programables de solo lectura, aunque el nombre no implica la lógica programable, las PROM son de hecho lógicas, se usan
generalmente para decodificar señales de entrada con el objeto de obtener distintas combinaciones de salida. El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso, la constante evolución de hardware y software amplia constantemente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el aspecto de sus posibilidades reales, su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario realizar procesos de maniobra, control, señalización, etc. Entre las ventajas de los PLC tenemos menor tiempo de elaboración de proyectos, posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros componentes, mínimo espacio de ocupación, menor costo de mano de obra, mantenimiento económico, posibilidades de gobernar varias máquinas con el mismo autómata, menor tiempo de puesta en funcionamiento, si el autómata queda pequeño para el proceso industrial puede seguir siendo de utilidad en otras máquinas o sistemas de producción. En cuanto a las desventajas solo podemos decir, la necesidad de adiestramiento del personal y su posible costo elevado. La automatización de la máquina: tareas del CNC.
Los componentes esenciales en la industria del procesamiento del metal son las máquinas-herramienta y los centros de procesamiento que, hoy en día, son prácticamente en su totalidad controlados por CNC.
Concretamente para este tipo de aplicaciones básicas, GE Fanuc Automation ha desarrollado los productos de CNC de nivel básico de la Serie 0i. Estos sistemas de control de CNC son idóneos para conseguir una utilización especialmente eficaz de tornos, taladradoras, máquinas fresadoras y rectificadoras de pequeño tamaño, así como centros de mecanizado de hasta tres o cuatro ejes.
Por supuesto, “fiabilidad, calidad y productividad” son las cualidades principales en los más modernos sistemas de control de la gama superior de GE Fanuc, las Series 30i/31i/32i. Estos productos de CNC han sido diseñados para satisfacer los requisitos de máquinas de altas prestaciones, como las máquinas transfer giratorias, centros complejos de torneado/fresado y máquinas multifuncionales, que requieren funciones complejas y extraordinariamente rápidas, capacidad de canales múltiples y de control simultáneo de numerosos ejes. Sin los eficaces productos de CNC no sería posible la operación de tales máquinas, utilizadas por ejemplo para la
fabricación de moldes y herramientas, así como en las industrias automovilística y aerospacial.
Estos sistemas de control de CNC de alta tecnología contienen un procesador de ultra alta velocidad, así como un bus interno de alta velocidad. Además, se encuentran integrados un controlador corriente muy rápido y un encoder con 16.000.000 impulsos por revolución, junto con la interpolación en nanómetros, que se aplica a todo el contorneado.
El PMC asegura un funcionamiento rápido y fiable del equipo periférico.
El PMC es también fundamental para mantener los tiempos de producción reducidos y, en consecuencia, la productividad elevada. Esta unidad de control de PLC integrada en el CNC se ocupa de controlar el equipo periférico en torno a la máquina-herramienta como, por ejemplo, el cambio de herramientas, suministro de lubricante de refrigeración, etc. Los sistemas de control de GE Fanuc disponen de un PMC integrado con objeto de no cargar al CNC con tareas adicionales. También aumenta la velocidad: para ejecutar los programas de PLC, el PMC sólo requiere 25 nanosegundos por instrucción, con lo que se reducen los tiempos de los procesos auxiliares y se acelera el ciclo de fabricación.
Las cada vez más rápidas y complejas operaciones de mecanizado representan a su vez unas condiciones de creciente exigencia para los operadores.
También los aspectos relativos a la seguridad cobran mayor importancia. La función “Seguridad con Doble Comprobación” integrada se ocupa de “vigilar” las puertas protectoras, defensas, cubiertas y otros mecanismos periféricos que contribuyen a la seguridad. Esta función de seguridad integrada y programable monitoriza el acceso a la máquina y todos los movimientos que ésta ejecuta. Compara las velocidades actuales de los componentes en movimiento de la máquina (ejes y cabezales) con los datos de velocidad y posición guardados en los parámetros de seguridad, que están protegidos contra el acceso no autorizado. En caso necesario y en situaciones de emergencia, el CNC para la máquina.
Los robots automatizan el entorno de la máquina.
Durante la última EMO pudo observarse una clara tendencia hacia la automatización del entorno de la máquina. En numerosas áreas, los visitantes pudieron constatar los avances en automatización por medio de sistemas de manipulación y robots.
Un robot, equipado con un sistema de visión y pinzas accionadas por un servomotor, toma las piezas provistas por el almacén y las coloca en palets que, a continuación, se cargan en la máquina- herramienta. Tras el procesamiento, el robot retira las piezas acabadas y las vuelve a depositar en el almacén. Toda la operación tiene lugar de forma completamente automatizada.
En los últimos tiempos se han desarrollado proyectos de sistemas de procesamiento consistentes en máquinas-herramienta y robots, en los que además de FANUC han participado otras empresas.
La extrema importancia de una alta disponibilidad y utilización de la máquina, junto con una calidad lo más uniforme posible, cuando las máquinas-herramienta se utilizan en países donde los salarios son altos. Además, la fabricación sin intervención humana es esencial para mantener la producción durante periodos prolongados.
La utilización de robots supone un gran avance para el logro de estos objetivos, especialmente si se tiene en cuenta que el coste de los robots va disminuyendo de año en año. Al igual que los sistemas decontrol de CNC, se convertirán progresivamente en componentes estándar de automatización en el proceso de producción.
Los robots como componentes estándar de automatización.
La gran ventaja de los robots es su flexibilidad. Pueden utilizarse para la carga y descarga de máquinas y, además para tareas como el desbarbado, pulido o limpieza de los componentes. Los sensores y sistemas de visión, que pueden integrarse en el robot, le proporcionan “ojos”, de forma que puede asir piezas con precisión e incluso eliminar aquellas que son defectuosas.
Soluciones de automatización para departamentos enteros de producción.
Los robots no sólo se utilizan para operar automáticamente las máquinasherramienta, sino también para hacerse cargo de gran diversidad de tareas como, por ejemplo, en los diferentes departamentos de producción de los fabricantes de automóviles y sus empresas proveedoras. Su empleo en las secciones de ensamblaje y de pintura es sobradamente conocido. Pero los robots también son apropiados para conectar máquinas-herramienta con dispositivos de medida y con otras máquinas.
Soluciones de automatización de una única firma.
Otra tendencia en alza: los usuarios desean obtener todos los componentes de automatización de una única fuente: el sistema de control, los accionamientos y, si es posible, los robots. GE Fanuc y FANUC Robotics responden a esta demanda, ya que todos los productos de FANUC se han concebido como un sistema desde su comienzo y están óptimamente coordinados entre sí, ofreciendo una paquete de automatización. Esto evita problemas de interconexión, acelera la puesta en marcha y garantiza un proceso de producción fiable.
REPORTE No. 2.
LOS CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES.
Las fábricas automatizadas deben proporcionar en sus sistemas, alta confiabilidad, gran eficiencia y flexibilidad. Una de las bases principales de tales fábricas es un dispositivo electrónico llamado Controlador Lógico Programable (PLC). Este dispositivo fue inicialmente introducido en 1970 y fue evolucionando con nuevos componentes electrónicos, tales como Microprocesadores de alta velocidad, agregándole funciones especiales para el control de procesos más complejos.
Hoy los Controladores Programables son diseñados usando lo último en diseño de Microprocesadores y circuitería electrónica lo cual proporciona una mayor confiabilidad en su operación en aplicaciones industriales donde existen peligros debido al medio ambiente, alta repetibilidad, altas temperaturas, ruido ambiente o eléctrico, suministro de potencia eléctrica no confiable, vibraciones mecánicas, etc.
AUTOMATISMOS Y AUTOMATIZACIÓN.
Se define como automatismo, al dispositivo eléctrico, electrónico, hidráulico, neumáticos, etc. en una máquina o dispositivo, para lograr que funcione de forma automática.
La forma actual y general para realizar dichos procesos, es la utilización de PLC´s, del inglés Programmable Logic Control, dicho en castellano sería Control Lógico Programable.
Dicho equipo es un elemento electrónico creado para el control de procesos secuenciales, y su lenguaje acapara todas las posibilidades tales como contactos serie, en paralelo, contadores, desplazamientos, temporizadores, y funciones muchísimo más complejas.
La visión externa del PLC es de forma robusta dado que tiene que "aguantar" situaciones industriales extremas. Generalmente se diferencian notablemente los terminales de las entradas, salidas, etc., que es de donde recibe y da la información necesaria. Existen dos tipos de formato, los compactos y los modulares. Los compactos se utilizan generalmente, en instalaciones peque- ñas que requieran pocas señales.
Los modulares son conexionados entre sí, mediante cables especiales, conectores o a través de un chasis, quedando bien diferenciado todos los componentes que lo forman, como pueden ser la fuente de alimentación, la CPU, los módulos de entradas y salidas digitales, analógicas, de comunicación, especiales, etc.
HISTORIA DE LOS PLCS.
Los PLC's se introdujeron por primera vez en la industria en 1960 aproximadamente. La razón principal de tal hecho fue la necesidad de eliminar el gran costo que se producía al reemplazar el complejo sistema de control basado en relés y contactores. Bedford Associates propuso algo denominado Controlador Digital Modular (MODICON, MOdular DIgital CONtroler) a un gran fabricante de coches. Otras compañías propusieron a la vez esquemas basados en ordenador, uno de los cuales estaba basado en el PDP-8. El MODICON 084 resultó ser el primer PLC del mundo en ser producido comercialmente.
El problema de los relés era que cuando los requerimientos de producción cambiaban también lo hacía el sistema de control. Esto comenzó a resultar bastante caro cuando los cambios fueron frecuentes. Dado que los relés son dispositivos mecánicos y poseen una vida limitada se requería una estricta manutención planificada. Por otra parte, a veces se debían realizar conexiones entre cientos o miles de relés, lo que implicaba un enorme esfuerzo de diseño y mantenimiento.
Los "nuevos controladores" debían ser fácilmente programables por ingenieros de planta o personal de mantenimiento. El tiempo de vida debía ser largo y los cambios en el programa tenían que realizarse de forma sencilla. Finalmente se imponía que trabajaran sin problemas en entornos industriales adversos. La so- lución fue el empleo de técnica de programación familiar y reemplazar los relés mecánicos por relés de estado sólido.
A mediados de los 70 las tecnologías dominantes de los PLC eran máquinas de estado secuencial y CPU basadas en desplazamiento de bit. Los AMD 2901 y 2903 fueron muy populares en el Modicon y PLC's A-B. Los microprocesadores convencionales cedieron la potencia necesaria para resolver de forma rápida y completa la lógica de los pequeños PLC's. Por cada modelo de microprocesador había un modelo de PLC basado en el mismo. No obstante, el 2903 fue de los más utilizados.
Las habilidades de comunicación comenzaron a aparecer en 1973 aproximadamente. El primer sistema fué el bus Modicon (Modbus). El PLC podía ahora dialogar con otros PLC's y en conjunto podían estar aislados de las máquinas que controlaban. Tambien podían enviar y recibir señales de tensión variables, entrando en el mundo analógico. Desafortunadamente, la falta de un estándar acompañado con un continuo cambio ha hecho que la comunicación de PLC's sea un maremagnum de sistemas físicos y protocolos incompatibles entre sí. No obstante fue una gran década para los PLC's.
En los 80 se produjo un intento de estandarización de las comunicaciones con el protocolo MAP (Manufacturing Automation Protocol) de General Motor's. También fue un tiempo en el que se redujeron las dimensiones del PLC y se pasó a programar con programación simbólica a través de ordenadores personales en vez de los clásicos terminales de programación. Hoy día el PLC más pequeño es del simple relé. tamaño de un
Los 90 han mostrado una gradual reducción en el número de nuevos protocolos, y en la modernización de las capas físicas de los protocolos más populares que sobrevivieron a los 80. El último estándar (IEC 1131-3) intenta unificar el sistema de programación de todos los PLC en un único estándar internacional. Ahora disponemos de PLC's que pueden ser programados en diagramas de bloques, lista de instrucciones, C y texto estructurado al mismo tiempo.
Los PC están comenzando a reemplazar al PLC en algunas aplicaciones, incluso la compañía que introdujo el Modicon 084 ha cambiado al control basado en PC. Por lo cual, no sería de extrañar que en un futuro no muy lejano el PLC desaparezca frente al cada vez más potente PC, debido a las posibilidades que este último puede proporcionar.
¿QUÉ ES LA LÓGICA PROGRAMABLE?.
La lógica programable, es una familia de componentes que contie- nen conjuntos de elementos lógicos (AND, OR, NOT, LATCH, FLIP- FLOP, etc.) que pueden configurarse para que cumplan cualquier función lógica que el usuario desee y que el componente soporte.
Podríamos decir que los DLP son la “antesala” de los PLC (controladores lógicos programables.
Un dispositivo programable por el usuario es aquel que contiene una arquitectura general predefinida en la que el usuario puede programar el diseño final del dispositivo empleando un conjunto de herramientas de desarrollo. Las arquitecturas generales pueden variar pero normalmente consisten en una o más matrices de puertas AND y OR pa- ra implementar funciones lógicas.
Los Controladores Lógicos Programables.
Muchos dispositivos también contienen combinaciones de flip-flops y latches que pueden usarse como elementos de almacenaje para entrada y salida de un dispositivo. Los dispositivos complejos contienen macrocélulas. Las macrocélulas permiten al usuario configurar el tipo de entradas y salidas necesarias en el diseño. Hay varias clases de dispositivos lógicos programables: ASICs, FPGAs, PLAs, PROMs, PALs, GALs, etc.
Circuitos Integrados Específicos, ASIC.
Los ASIC (Circuitos Integrados de Aplicación Específica) son dispositivos definibles por el usuario.
A diferencia de otros dispositivos, pueden contener funciones analógicas, digitales, y combinaciones de ambas. En general, son programables mediante máscara y no programables por el usuario. Esto significa que los fabricantes configurarán el dispositivo según las especificaciones del usuario.
Memorias PROM.
Las PROM son memorias programables de sólo lectura. Aunque el nombre no implica la lógica programable, las PROM, son de hecho lógicas.
Dispositivos Programables de matriz, PAL.
La arquitectura interna de estos componentes consiste en un conjunto de compuertas AND programables que alimentan a otras OR fijas. Todas las entradas a la matriz pueden ser combinadas mediante dispositivos AND entre sí, pero los términos AND específicos se conectan a términos OR específicos.
Las PAL tienen una arquitectura muy popular y son probablemente el tipo de dispositivo programable por usuario más empleado.
Matriz Lógica Genérica GAL.
Las GAL son dispositivos de matriz lógica genérica. Están diseñados para emular muchas PAL pensadas para el uso de macrocélulas. Si un usuario tiene un diseño que se implementa usando varias PAL comunes, puede configurar varias de las mismas GAL para emular cada uno de los otros dispositivos.
Matrices Lógicas Programables, PLA.
Las PLA son matrices lógicas programables. Estos dispositivos contienen compuertas AND y OR programables lo que permite a cualquier término AND alimentar cualquier término OR. Las PLA probablemente tienen la mayor flexibilidad
frente a otros dispositivos con respecto a la lógica funcional. Normalmente poseen realimentación desde la matriz OR hacia la matriz AND que puede usarse para implementar máquinas de estado asíncronas.
Dispositivos Lógicos Programables Complejos.
Los PLDs complejos son lo que el nombre implica, Dispositivos Complejos de Lógica Programable. Se consideran PAL muy grandes que tienen algunas características de las PLA. La arquitectura básica es muy parecida a la PAL con la capa de almacenamiento. La sección de lógica combinacional es capaz de implementar cualquier función booleana de sus variables de entrada.
Cada IOB puede programarse independientemente para ser una entrada, y salida con control triestate (de tres estados) o un pin bidireccional. También contiene flipflops que pueden usarse como buffers de entrada y salida. Los recursos de interconexión son una red de líneas que corren horizontalmente y verticalmente las filas y columnas entre el CLBS.
Los interruptores programables conectan las entradas y salidas de IOBS y CLBS a líneas cercanas. Las líneas largas recorren la longitud entera del dispositivo, estableciendo intercambios para proporcionar una distribución de señales críticas con la mínima demora o distorsión.
Matrices de Compuertas Programables, FPGA.
Las FPGA son Campos de Matrices de Puertas Programables.
Se trata de matrices de compuertas eléctricamente programables que contienen múltiples niveles de lógica.
Se caracterizan por altas densidades de compuerta, alto rendimiento, un número grande de entradas y salidas definibles por el usuario, un esquema de interconexión flexible, y un entorno de diseño similar al de matriz de puertas. No están limitadas a la típica matriz AND-OR. Sin embargo, contienen una matriz interna configurable de relojes lógicos (CLBs) y un anillo de circunvalación de bloques de e/s (IOBs).
SOBRE LOS USOS DEL PLC.
Sus reducidas dimensiones, la facilidad de su montaje e implementación, la posibilidad de almacenar los programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o alteración de los mismos, etc., hace que su eficiencia se aprecie fundamentalmente en procesos en que se reducen necesidades tales como:
Espacio reducido. Procesos de producción periódicamente cambiantes. Procesos secuenciales. Maquinaria de procesos variables. Instalación de procesos complejos y amplios. Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso.
Se pueden encontrar PLCs fácilmente en:
Maquinaria industrial del mueble y la madera. Maquinaria en proceso de arena y cemento. Maquinaria en la industria del plástico. Máquinas herramientas complejas Máquinas de transferencia. Instalaciones de aire acondicionado y calefacción. Instalaciones de seguridad. Instalaciones de almacenamiento y transporte. Instalaciones de plantas embotelladoras. Instalaciones en la industria automotriz. Instalación de tratamientos térmicos. Instalaciones de la industria azucarera. Instalaciones de la industria plástica.
APLICACIÓN DE LOS PLC.
El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso. La constante evolución del hardware y software amplía continuamente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el aspecto de sus posibilidades reales.
Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario realizar procesos de maniobra, control, señalización, etc. Por tanto, su aplicación abarca desde procesos de fabricación industrial de cualquier tipo al de transformaciones industriales, control de instalaciones, etc.
Aunque el PLC fue originalmente diseñado como un dispositivo de reemplazo de control industrial, hoy se los emplea en innumerables aplicaciones para que cumplan las necesidades de los usuarios.
PERO ENTONCES, ¿QUÉ ES UN PLC?.
Se entiende por controlador lógico programable (PLC) a toda máquina electrónica diseñada para controlar en tiempo real y en medio industrial procesos secuenciales.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLC'S.
Entre las ventajas del uso de los PLC’s tenemos:
Menor tiempo de elaboración de proyectos. Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros componentes. Mínimo espacio de ocupación. Menor costo de mano de obra. Mantenimiento económico. Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo autómata. Menor tiempo de puesta en funcionamiento. Si el autómata queda pequeño para el proceso industrial puede seguir siendo de utilidad en otras máquinas o sistemas de producción.
En cuanto a las desventajas, sĂłlo podemos mencionar la necesidad de adiestramiento de personal y su “posibleâ€? costo elevado.
CONCEPTOS.
Automatización: Es el estudio de los métodos y procedimientos cuya finalidad es la sustitución del operador humano por un operador artificial en la generación de una tarea física o mental previamente programada.
Servomecanismos: Son sistemas de control por realimentación en los cuales la variable controlada es una posición mecánica.
Contactores: Un contactor es un componente electromecánico que tiene por objetivo establecer o interrumpir el paso de corriente, ya sea en el circuito de potencia o en el circuito de mando, tan pronto se energice la bobina (en el caso de ser contactores instantáneos).
Pulsadores, interruptores, detectores de proximidad: Son los dispositivos físicos mediante los cuales el automatismo realiza la observación de las variables de entrada.
Relé, contactor: Son elementos de salida deberán ser asociados a las variables de salida de las funciones lógicas.
Lógica positiva: Cuando el estado alto coincide con el "1" lógico y el estado bajo con el "0" lógico.
Lógica negativa: Cuando el estado alto coincide con el "0" lógico y el estado bajo con el "1" lógico
Lenguaje de escalera: Es un lenguaje gráfico, derivado del lenguaje de relés, que mediante símbolos representa contactos, bobinas, etc.
Relevador de control: Es un dispositivo que consta de una bobina y de contactos normalmente abiertos y cerrados que cambian de posición de abierto a cerrado o de cerrado a abierto al ser energizada su bobina con una fuente de corriente directa ó con una fuente de corriente alterna dependiendo de las características del dispositivo.
Relevador Temporizador: El funcionamiento de este dispositivo es muy parecido al del relevador con la excepción de que al energizarse la bobina, sus contactos pueden cerrarse o abrirse después de un retardo o periodo de tiempo (Timer On delay = retardo al encender), o bien, que sus contactos ya están en una posición diferente y cambien de posición al instante después de un periodo de tiempo (Timer Off delay = retardo al apagar).
Relevador Contador: Es un relevador en el que cambian los estados de sus contactos, después de cierto número de cambios de la señal de entrada (de off a on).
Generador: Es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica.
Motor: Es la parte de una máquina capaz de transformar algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento.
Qué es PLC: (Programable Logic Controller), significa controlador lógico programable. Su nombre mismo lo define: es un dispositivo utilizado para controlar y esto se realiza en base a una lógica determinada. Esta lógica se define a través de un programa.
Módulos básicos de un PLC: Fuente de poder, CPU, interfaces de entrada y salida.
Unidad de Entradas: Proporciona el aislamiento eléctrico necesario y realiza el acondicionamiento de las señales eléctricas de voltaje, provenientes de los switches de contactos ON-OFF de terreno.
Módulo de comunicaciones: Permite la conexión del PLC a otros sistemas de información, tales como computadores y otros PLC.
Unidad de Salidas: Acepta las señales lógicas provenientes de la Unidad Lógica, en los rangos de voltaje que le son propios y proporciona la aislación eléctrica a los switches de contactos que se comandan hacia terreno.
Memoria: Almacena el código de mensajes o instrucciones que ejecuta la Unidad Lógica. La memoria se divide en PROM o ROM y RAM.
Registro imagen: Es un área de memoria del PLC reservada para atender el estado de todas las entradas y salidas. Este registro se actualiza en forma permanente.
Diagramas de Escalera (Lenguaje Ladder): El LADDER, también denominado lenguaje de contactos o en escalera, es un lenguaje de programación gráfico muy popular dentro de los autómatas programables debido a que está basado en los esquemas eléctricos de control clásicos.
Temporizador TON: El temporizador TON se utiliza cuando se desea activar o desactivar una salida después de que el temporizador termino de contar.
GRAFCET: La norma IEC 60848:2002 define al GRAFCET como un lenguaje que permite modelar el comportamiento de la parte secuencial de un sistema automatizado. TRISTORES: Es una estructura de cuatro capas semiconductoras en una secuencia P-N-P-N , la cual presenta un funcionamiento biestable.
CONCLUSION. La implementación de dispositivos PLC´S en los procesos industriales ha venido a redituar grandes frutos al sector productivo, gracias a la automatización de muchas áreas que antes eran operadas por personal humano, esto podría escucharse frio por el lado sentimental, pero eso poco les interesa a las grandes empresas que son las que invierten en estos sistemas, ellas solo buscan la mayor productividad al menor costo y desperdicio, una maquina no te platica, no se te cansa, no se te pone en huelga, no hay factores “humanos” que alteren el proceso industrial y traben los altos niveles de producción que pretenden alcanzar, es por eso que empresas como mercedes Benz o Ford que están enfocadas al sector automotriz, hace años implementaron en sus procesos, la automatización de sistemas fabricando piezas con mayor exactitud y mínimo margen de error y perdida, delegando al hombre al plano de la programación y mantenimiento de las mismas. La realidad es que la tecnología poco a poco se va posicionando en todas partes, y el sector industrial es el pionero de todo este auge de procesos automatizados, esto nos quiere decir, facilidad de producir, con una inversión alta en equipo, pero que con los grandes niveles de producción, se pagan solos, es muy importante para los empresarios, sobre todo de fábricas de servicios costosos como el automotriz o electrónico, que sus estándares siempre estén en lo más alto, otras giros como lo son el sector alimenticio y agrícola también han empezado a introducir dispositivos de automatización en sus labores con el fin de eficiente su trabajo. Para finalizar solo indicar que hay una gran área de oportunidad de desarrollo profesional en este giro, ya que son pocas las compañías que te brindan este servicio, y más en nuestra región, que usualmente las empresas grandes solicitan y contratan estos servicios a empresas localizadas en el centro del país o las traen del extranjero.
BIBLIOGRAFIA.
TIPO
Libro
TITULO
ATÓMATAS PROGRAMABLES Y SISTEMAS DE AUTOMATIZACIÓN
AUTOR Enrique Mandado Pérez
EDITORIAL/REVISTA
AÑO
Editorial Marcombo, S.A.
2009
Jorge Marcos Acevedo
Libro
Autómatas programables
Eduardo García Editorial Marcombo, Dunna Josep S.A. Balcells
1997
Artículo
La automatización garantiza la productividad y la calidad.
Douglas C. Montgomery
Artículo
2006
Artículo
SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN PARA UNA PLANTA PRODUCTORA DE JABÓN LÍQUIDO
Andrés Artículo Mauricio Zapata Gallego
2011
Artículo
Metodología para realizar una automatización utilizando PLC
José Guadalupe Artículo Castro Lugo, Juan José Padilla Ybarra, Eduardo Romero A.
2003