Instalación de sistemas de automatización y datos

1
José Ignacio Armesto QuirogaJosé Ignacio Armesto Quiroga
http://http://wwwwww.disa.uvigo.es.disa.uvigo.es//
Dpto. Ingeniería de Sistemas y AutomáticaDpto. Ingeniería de Sistemas y Automática
Vigo, Curso 2007Vigo, Curso 2007--2008.2008.
UNIVERSIDADE DE VIGOUNIVERSIDADE DE VIGO
E. T. S. Ingenieros IndustrialesE. T. S. Ingenieros Industriales
Instalación de Sistemas de
Automatización y Datos
5º Curso5º Curso
Orientación Instalaciones y ConstrucciónOrientación Instalaciones y Construcción
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 1 of 431

2
Tema 1Tema 1
INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS AUTOMÁTICOS
(2 horas)
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 2 of 431

3
Tema 1.Tema 1.
Introducción a los Sistemas Automáticos.Introducción a los Sistemas Automáticos.
• La Automática.
• Automatismos industriales.
• Sistemas de fabricación.
• Realización tecnológica del control.
• Tipos de sistemas de Automatización
Industrial.
• Ejemplos de sistemas de Automatización
Industrial.
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 3 of 431

4
La Automática: Definiciones y Terminología.La Automática: Definiciones y Terminología.
La Automática o Control (automático) de Sistemas
trata de regular, con la mínima intervención humana, el
comportamiento dinámico de un sistema mediante
órdenes de mando.
Sistema: conjunto de elementos, físicos o abstractos,
relacionados entre sí de forma que modificaciones o
alteraciones en determinadas magnitudes en uno de ellos
pueden influir o ser influidas por los demás.
Variables del sistema: magnitudes que definen el
comportamiento de un sistema. Su naturaleza define el
tipo de sistema: mecánico, químico, eléctrico, electrónico,
económico, térmico, ...
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 4 of 431

5
Control manual:
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 5 of 431

6
Variables de un Sistema:
Variables de Estado: conjunto mínimo de variables del
sistema tal que, conocido su valor en un instante dado,
permiten conocer la respuesta (variables de salida) del
mismo ante cualquier señal de entrada o perturbación.
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 6 of 431

7
Otras definiciones de interés.
Planta: equipo con el objetivo de realizar una operación
o función determinada. Es cualquier equipo físico que se
desea controlar (motor, horno, reactor, caldera, ...).
Proceso: cualquier serie de operaciones que se desea
controlar con un fin determinado.
Perturbación: señal de comportamiento no previsible
que tiende a afectar adversamente al valor de la salida de
un sistema.
Realimentación: operación que, en presencia de
perturbaciones tiende a reducir la diferencia entre la
salida y la entrada de referencia, utilizando la diferencia
entre ambas como parámetro de control.
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 7 of 431

8
Otras definiciones de interés (cont.)
Servomecanismo: sistema de control realimentado en el
cual la salida es una magnitud de tipo mecánico (posición,
velocidad o aceleración).
Sistema de regulación automática: sistema de control
realimentado en el que la entrada de referencia y/o la
salida deseada varían lentamente con el tiempo.
Control en bucle (lazo) abierto: sistema de control en
el que la salida no tiene efecto sobre la acción del control
(Ejemplo: lavadora, semáforos, ...).
Control en bucle (lazo) cerrado: aquel en el que la
salida tiene un efecto directo sobre la señal de control
(utiliza la realimentación para reducir el error).
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 8 of 431

9
Automatismos Industriales: Reseña histórica.Automatismos Industriales: Reseña histórica.
Primeros ejemplos (griegos y árabes) de
Control automático:
Reloj de agua, Ktesibio (flotador): 270 a.C.
Lámpara de aceite de nivel constante., Philon de
Byzantium: 250 a. C.
Reloj de agua (Ktesibio, 270 a.C.)Lámpara aceite (Philon, 250 a.C.)
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 9 of 431

10
Revolución Industrial:
J. Watt inventó, en 1769, la máquina de vapor con
Regulador Automático de velocidad.
Regulador
Mecánico
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 10 of 431

11
Revolución “Electrónica”:
G. Philbrick comercializó, en 1952, el primer
Amplificador Operacional (Electrónica Analógica).
T. Hoff (Intel) desarrolla, en 1971, el µµµµprocesador
“4004” (Electrónica Digital).
El Microprocesador “4004”
(Intel, 1971)
Amplificador Operacional (Philbrick, 1952)
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 11 of 431

12
Automatismos Industriales: Realimentación.Automatismos Industriales: Realimentación.
Control en lazo (o bucle) abierto:
La señal de entrada (o referencia) u(t) actúa directamente
sobre el dispositivo de control (Regulador), para producir,
por medio del Actuador, el efecto deseado en las variables
de salida y(t).
El regulador NO comprueba el valor que toma la salida.
Problema: Claramente sensible a las perturbaciones que se
produzcan sobre la planta.
Proceso o
Planta
Actuador
Regulador o
Controlador
Señal de
entrada
u(t)
Variable
de control
vc(t)
Variable de
actuación
va(t)
Variable de
salida
y(t)
Perturbaciones
z(t)
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 12 of 431

13
Ejemplos de Control en lazo abierto.
Ropa (cantidad?, grado suciedad?,
color? ...)
Agua
(dureza?, presión?,
temperatura?,...)
Detergente
(cantidad?, ...)
Lavadora Cruce Semaforizado
Tráfico (cantidad?, origen?,
destino?, ...)
Controlador
“Manual”
Selección
Programa
Selección
T. ciclo
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 13 of 431

14
Control en lazo (o bucle) cerrado:
La salida del sistema se mide por medio de un Sensor, y
se compara con el valor de la entrada de referencia u(t).
De manera intuitiva se deduce que, de este modo, el
sistema de control podría responder mejor ante las
perturbaciones que se produzcan sobre el sistema.
Proceso o
Planta
Actuador
Regulador o
Controlador
Señal de
error
e(t)
Variable
de control
vc(t)
Variable de
actuación
va(t)
Variable de
salida
y(t)
Sensor
-
Señal de
entrada
u(t)
Variable
medida
ym(t)
Perturbaciones
z(t)
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 14 of 431

15
Ejemplos de Control en lazo cerrado.
Lavadora “Fuzzy Logic”
Sensor de Turbidez
(suciedad ropa) Sensor de
Presión del agua
Controlador
“Automático”Sensores de Carga
(peso ropa)
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 15 of 431

16
Ejemplos de Control en lazo cerrado.
Caldera Calefacción
Sensores de
Humedad
Temperatura, ...
Sensores de
Nivel, Llama...
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 16 of 431

17
Sistemas de Fabricación.Sistemas de Fabricación.
Componentes de un sistema de fabricación
industrial:
Máquinas
Sistemas de manipulación y/o transporte de materiales
Sistemas de control por computador
Recursos humanos
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 17 of 431

18
Tipos de máquinas de producción:
Manuales: están directamente supervisadas por un
operario. La máquina proporciona la fuerza y la energía, y
el trabajador proporciona el control.
Semiautomáticas: un programa en la máquina ocupa
una parte del ciclo y el operario la otra parte del ciclo.
Automáticas: las máquinas operan largos periodos de
tiempo sin intervención del operario. Se requiere su
vigilancia cada cierto número de ciclos.
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 18 of 431

19
Tipos de sistemas de manipulación de
material:
Carga: mueven la unidad de trabajo hasta las máquinas
de producción o equipamiento de proceso.
Colocación o posicionamiento: cuando se requiere
precisión y exactitud, se encargan de situar la unidad de
trabajo en la máquina con una colocación determinada.
Descarga: una vez la operación de producción está
terminada, se retira la unidad de trabajo de la máquina y
se realiza su transporte a otra o simplemente se retira.
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 19 of 431

20
Funciones de los sistemas de control por
computador:
Comunicar instrucciones a los trabajadores
Descarga de programas de piezas a las máquinas controladas por
computador
Control y/o coordinación de los sistemas de manipulación y transporte
de material
Planificación de la producción en planta
Diagnóstico de averías
Supervisión de seguridad en los procesos
Control de calidad
…
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 20 of 431

21
Funciones de los recursos humanos:
Operarios
Que realizan el trabajo manual o semiautomático
Que controlan el proceso automático
Operadores informáticos y/o programadores
Personal de mantenimiento
Otras tareas indirectas…
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 21 of 431

22
Realización tecnológica del Control.Realización tecnológica del Control.
Control Todo/Nada:
Lógica de control cableada (electrotecnia).
Elementos todo/nada: relés, termopares, etc.
Control analógico:
Circuitos electrónicos analógicos. Aparece PID.
Existencia de derivas.
Control digital con datos muestreados:
Uso de tecnología digital (microprocesador).
Mayor flexibilidad en el control. Sistemas DCS
Control de eventos discretos:
Respuesta ante eventos. Señales binarias.
Teoría de estados: Sistemas PLC.
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 22 of 431

23
Tipos de sistemas de Automatización Ind.Tipos de sistemas de Automatización Ind.
Procesos industriales continuos:
Químicos, farmacéuticos, metales básicos, petróleo,
comida, bebidas, generación de energía eléctrica…
Procesos industriales discretos:
Automóviles, aviones, aparatos, computadores,
maquinaria y en general otros componentes con los
cuales estos productos son ensamblados.
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 23 of 431

24
Planta típica de fabricación: zonas
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 24 of 431

25
Planta típica de fabricación: sist. de control
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 25 of 431

26
Ejemplo de un sistema de control DCS.
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 26 of 431

27
Ejemplo de un sistema de control basado en PLC.
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 27 of 431

28
Ejemplos de sistemas de Aut. Ind.Ejemplos de sistemas de Aut. Ind.
Sistemas industriales de eventos discretos:
Manutención
industrial
Ensamblaje
de piezas
Dosificación
y embalaje
Transporte
de producto
Tema 1
Parte 1 y 2
Page 28 of 431

1
5º Curso5º Curso
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 29 of 431

2
Tema 2Tema 2
EL COMPUTADOR Y EL CICLO DE PROCESO DE UN
PRODUCTO
(4 horas)
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 30 of 431

3
Tema 2.Tema 2.
El computador y el ciclo de proceso de un producto.El computador y el ciclo de proceso de un producto.
• Conceptos generales.
• Diseño asistido por computador.
• Simulación e ingeniería asistida por
computador.
• Fabricación asistida por computador.
• Clases de automatización y sus características.
• Planificación de los productos a fabricar.
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 31 of 431

4
El computador y el ciclo de proceso de un productoEl computador y el ciclo de proceso de un producto
Conceptos generales: integración tecnológicaConceptos generales: integración tecnológica
Hasta finales del siglo XVIII, las diferentes áreas de la
técnica evolucionan individualmente.
A partir de esa fecha, comenzó un proceso de
integración técnica que llega hasta nuestros días.
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 32 of 431

5
Conceptos generales: ciclo de proceso del productoConceptos generales: ciclo de proceso del producto
El incremento de la demanda de productos a escala mundial
hizo:
Decrecer los lotes de fabricación y los plazos de
industrialización.
Incrementar la variedad y complejidad de los productos a
desarrollar.
Surge el ciclo del proceso de un producto, en el que se
utiliza el computador para automatizar el diseño y la
fabricación y lograr dos grandes objetivos:
Aplicar métodos de diseño de sistemas complejos que permitan
validar prototipos y llevar a cabo su producción en serie.
La ejecución de tareas de producción mediante máquinas con
un alto nivel de automatización.
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 33 of 431

6
Qué es posible diseñar y fabricar en la actualidad
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 34 of 431

7
Ciclo completo del Proceso de un Producto
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 35 of 431

8
Ventajas competitivas de la automatización del diseño
y la fabricación:
Mayor fiabilidad del proceso productivo y calidad
del producto
Reducción de los costes de desarrollo y fabricación
Reducción de los tiempos de desarrollo (Time to
market)
Menor consumo de todo tipo de recursos en el
proceso productivo
Mejora de la calidad total de la empresa
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 36 of 431

9
La automatización del diseño y la fabricación se
llevan a cabo mediante el siguiente conjunto de técnicas:
El diseño asistido por computador, conocido como CAD
(Computer Aided Design)
La simulación e ingeniería asistida por computador,
conocidas como CAE (Computer Aided Engineering)
La fabricación asistida por computador, conocida como
CAM (Computer Aided Manufacturing)
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 37 of 431

10
Sistemas CAD / CAM / CAE
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 38 of 431

11
Diseño asistido por computadorDiseño asistido por computador
Diseño asistido por computador (CAD)
Mediante el CAD se logra:
Mejorar la calidad de los productos, porque permite
desarrollar alternativas y solventar los problemas en
las etapas iniciales del proceso de diseño
Reducir el tiempo de diseño, lo cual disminuye el
coste y el tiempo que se tarda en lanzar un producto
Reducir los costes de fabricación, porque facilita los
cambios
Facilitar la capacidad de reutilización de los diseños
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 39 of 431

12
Diseño asistido por computadorDiseño asistido por computador
Diseño asistido por computador (CAD)
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 40 of 431

13
Simulación e Ingeniería asistida por computadorSimulación e Ingeniería asistida por computador
Simulación/Ingeniería asistidos por computador (CAE)
Utiliza la descripción del sistema como entrada de un
programa de computador que hace que este último
se comporte igual que él.
Permite llevar a cabo las pruebas necesarias para
garantizar el correcto funcionamiento de un
producto sin necesidad de implementar un prototipo.
CAE es el conjunto de técnicas que utilizan el
computador para: analizar el resultado de un diseño,
facilitar al máximo su fabricación y optimizar las
prestaciones y costes totales del producto final.
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 41 of 431

14
Simulación e Ingeniería asistida por computadorSimulación e Ingeniería asistida por computador
Simulación/Ingeniería asistidos por computador (CAE)
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 42 of 431

15
Fabricación asistida por computadorFabricación asistida por computador
Fabricación asistida por computador (CAM)
Conjunto de técnicas que tienen como objetivo elevar la
productividad de los procesos de fabricación mediante
sistemas físicos que combinan la tecnología mecánica,
eléctrica, electrónica, neumática, hidráulica, etc.
con la tecnología de control.
Este conjunto multidisciplinar de técnicas suele
conocerse también bajo la denominación de
Automatización de la Producción.
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 43 of 431

16
CAM se caracteriza porque:
Necesita un conocimiento profundo del proceso
productivo
Puede ser la mejor solución para elevar la
rentabilidad y garantizar la competitividad de una
empresa industrial
No siempre implica la mayor automatización
posible, porque la automatización supone una
inversión en activos fijos que, si es elevada, conduce
a un considerable incremento de costes fijos y de
mantenimiento.
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 44 of 431

17
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 45 of 431

18
Clases de Automatización y sus característicasClases de Automatización y sus características
Definición de Automatización
La aplicación de tecnología para llevar a cabo procesos
que se autocomprueban y autocorrigen. Es, por lo
tanto, una combinación de las tecnologías mecánica,
eléctrica, electrónica, de control y los computadores
para controlar los sistemas de producción.
En relación con el control de los procesos de fabricación,
su automatización se puede clasificar en cuatro grandes
grupos: fija, programable, flexible e integrada.
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 46 of 431

19
Automatización Fija
Sistema de fabricación en el que la secuencia de las
operaciones está fijada por la configuración de los
equipos que lo forman.
Se caracteriza porque:
Está constituida por una secuencia sencilla de
operaciones
Necesita una inversión elevada en equipos
especializados
Posee elevados ritmos de producción
Es muy inflexible, en general, para adaptarse a los
cambios de los productos.
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 47 of 431

20
Ejemplos de automatización Fija
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 48 of 431

21
Automatización Programable
Sistema de fabricación en el que los equipos de producción
están diseñados para cambiar la secuencia de operaciones a
fin de adaptarse a la fabricación de productos diferentes. Se
inició con las máquinas-herramienta con control numérico
(conocidas como CNC) y los robots industriales.
Se caracteriza porque:
Una gran inversión en equipos de aplicación general, como
los propios sistemas de Control Numérico
La necesidad de cambiar el programa y/o la disposición física
de los elementos para cada lote de producción
La existencia de un periodo de preparación previo a la
fabricación de cada lote de productos distintos
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 49 of 431

22
Ejemplos de automatización Programable
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 50 of 431

23
Automatización Flexible
Es una extensión de la automatización programable que
da como resultado sistemas de fabricación en los que no
sólo se pueden cambiar los programas sino que además
se puede cambiar la relación entre los diferentes
elementos que los constituyen.
La automatización flexible ha dado lugar a los sistemas
de fabricación flexible o FMS (Flexible Manufacturing
Systems)
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 51 of 431

24
Ejemplos de automatización Flexible
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 52 of 431

25
Automatización Integrada
Es un sistema de fabricación que integra el diseño asistido
por computador (CAD), la ingeniería asistida por computador
(CAE) y la fabricación asistida por computador (CAM) con la
verificación, la comercialización y la distribución.
La automatización integrada suele recibir el nombre de CIM
(Computer Integrated Manufacturing)
Dado que en ella se automatizan, de forma coordinada,
todas las tareas que forman parte del ciclo completo de
proceso del producto, se la conoce también por las siglas
TIA (Totally Integrated Automation)
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 53 of 431

26
ModeloModelo
CAD 3DCAD 3D
Diseño
del
Producto
Diseño
Análisis
Forma y
Función
Prototipos
Simulación y
Validación
Diseño
de
Moldes
Análisis
de formas
Diseño
Herramientas
Moldes y
Herramientas
Análisis de
Herramientas
Requerimientos
de moldes
Diseño
de
Maquinaria
Requerimientos
de Ensamblaje y
Maquinaria
Análisis
Maquinaria
Diseño de
Línea
Simulación
del proceso de
fabricación
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 54 of 431

27
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 55 of 431

28
Planificación de los productos a fabricarPlanificación de los productos a fabricar
Se lleva a cabo mediante la tecnología de grupos, que
agrupa los productos en familias a cada una de las
cuales se le asigna un grupo de máquinas. Su objetivo
es conseguir alta repetibilidad con bajos volúmenes de
producción y consta de las siguientes fases:
Creación de familias basándose en el tamaño, forma,
prestaciones, rutas de proceso, etc.
Organización de las máquinas necesarias para
desarrollar los procesos básicos, que se realiza en áreas
separadas denominadas células o celdas de fabricación.
Definición e implantación de un sistema de clasificación y
codificación de los productos.
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 56 of 431

29
La tecnología de grupos ha sido favorecida por
diversos factores, entre los que cabe citar:
La complejidad de muchas tecnologías o combinaciones de
ellas, que han hecho proliferar el número de artículos
con diferentes prestaciones, lo cual produce una reducción
del tamaño de lotes.
La necesidad creciente de trabajar con una mayor
variedad de materiales diferentes.
El mayor peso del coste de los materiales en el coste
total del producto como resultado de la mayor eficacia del
sistema productivo. Este hecho hace que se busquen formas
de reducir la tasa de defectos y los residuos.
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 57 of 431

30
La tecnología de grupos no está exenta de
inconvenientes, entre los que cabe citar:
La instalación de sistemas de clasificación consume mucho
tiempo y tiene, en general, un coste elevado.
No existen enfoques normalizados ni normas de aplicación.
La agrupación de máquinas no siempre produce una
utilización eficiente de ese grupo.
En ocasiones, la redistribución en planta tiene un coste
elevado.
Debido a que hay que cambiar la forma y los métodos de
trabajo, es posible que los empleados opongan cierta
resistencia por la adopción de dicha tecnología.
Tema 2
Parte 1, 2 y 3
Page 58 of 431

1
5º Curso5º Curso
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 59 of 431

2
Tema 3Tema 3
EQUIPOS PARA LA AUTOMATIZACIÓN
INDUSTRIAL
(4 horas)
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 60 of 431

3
Tema 3.Tema 3.
Equipos para la automatización industrial.Equipos para la automatización industrial.
• Sistemas de control numérico.
• Autómatas programables.
• Computadores industriales.
• Controladores de procesos continuos.
• Sistemas CAD-CAM.
• Robots industriales.
• Sistemas de manipulación de elementos.
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 61 of 431

4
Equipos para la automatización industrialEquipos para la automatización industrial
Sistemas de control numérico (NC)Sistemas de control numérico (NC)
Conocidos por las siglas NC (Numerical Control), son sistemas
electrónicos programables que controlan los movimientos de
una máquina-herramienta. La unión de ambos da lugar a
una unidad autónoma de mecanizado, que es un conjunto
mecánico con accionamiento propio que, por sí solo o en unión
de otros conjuntos similares, realiza operaciones de mecanizado
sin necesidad de intervención de un operario.
Torno manual Torno CNC
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 62 of 431

5
En 1949, la US Air Force solicitó al MIT la realización de la
primera máquina-herramienta “controlada numéricamente”.
John T. Parsons lideró el desarrollo del primer prototipo de
sistema NC en el año 1952 (servocontrol, lenguaje de
programación APT). Posteriormente patentó el concepto.
En la década de 1970 se empiezan a desarrollar los primeros
sistemas CNC (Computer Numerical Control)
Historia de los sistemas de control numérico
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 63 of 431

6
Servocontrol en sistemas de control numérico
En los sistemas en lazo abierto (a) la mesa puede sobrepasar o no alcanzar la
posición deseada debido a cambios en la inercia, desgastes y/o fricción.
En los sistemas en lazo cerrado (b), los sensores de posición permiten corregir
el movimiento de la mesa y conseguir una mayor precisión y repetitibilidad.
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 64 of 431

7
Categorías básicas en control de movimiento
Control punto a punto: no es posible realizar trayectorias.
Control lineal: sólo es posible controlar simultáneamente el
movimiento de un eje.
Control de contorno: es posible controlar el movimiento de
dos o más ejes de forma simultánea.
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 65 of 431

8
Componentes funcionales en máquinas CNC
Programa CNC
Dispositivo entrada programa (IHM)
Controlador máquina
Sistemas de actuación
Sistemas de realimentación
Herramientas de la máquina
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 66 of 431

9
Mesa
Controller
Servomotor
Consola
visualización
Controlador
máquina
Cambio automático
de herramienta
Control del
refrigerante
Recogida y retirada de
viruta
Sensor
de posición
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 67 of 431

10
Interfaz IHM
Controlador
accionamientos
Controlador
CNC
Motores brushless
Motor lineal
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 68 of 431

11
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 69 of 431

12
Resolver Encoder absoluto Encoder Incremental
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 70 of 431

13
Sistemas de control numérico distribuido (DNC)
El computador central (host) permite
las siguientes prestaciones:
Memorización y gestión de los
programas de los diferentes CNC
conectados a él.
Simulación gráfica del mecanizado
Eliminación de tiempos muertos
Gestión de datos de herramientas
Centralización de datos de la fábrica
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 71 of 431

14
Sistemas CAD / CAM
Ejemplo: FeatureCAM -> G-Code -> Fresadora
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 72 of 431

15
Sistemas CAD / CAM
Ejemplo: SolidWorks + CAMWorks
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 73 of 431

16
Ventajas e Inconvenientes de las máquinas CNC
Ventajas:
Elevada precisión (2.5 m o mejor) y repetitibilidad del proceso productivo
Incrementa significativamente la productividad
Capacidad para realizar piezas con contornos complejos
Flexibiliza los cambios de producción (cambio automático de herramienta,
menos deshechos, …)
Producción más segura y de mejor calidad
Realización más rápida de prototipos, reducción de tiempos de diseño,…
Inconvenientes:
Necesidad de personal especializado, mayores inversiones en maquinaria
Requiere disponer de conocimientos sobre programación y computadores
Mantenimiento más complejo
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 74 of 431

17
Tipos de Máquinas CNC
Tornos CNC
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 75 of 431

18
Fresadoras CNC
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 76 of 431

19
CNC de corte por láser CNC de corte por plasma
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 77 of 431

20
Prensa CNC CNC para ‘rapid
prototyping’
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 78 of 431

21
Industrias que aplican sistemas CNC habitualmente
Aeroespacial
Maquinaria
Eléctrica
Fabricación en general
Automovilística
Instrumentación
Diseño de moldes
…
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 79 of 431

22
Ejemplos de productos realizados con sistemas CNC
Bloque motor Diversos componentes
Ind. Automovilística
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 80 of 431

23
Construcción de moldes
Ind. Automovilística
Turbina
Ind. Aeroespacial
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 81 of 431

24
Moldes y prototipos
Ind. Electrónica
‘Rapid Prototyping’
Ind. varias
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 82 of 431

25
Autómatas ProgramablesAutómatas Programables
Definición de Autómata Programable (AP o PLC)
Equipo electrónico programable diseñado para controlar, en
tiempo real y en un ambiente industrial, procesos de ámbito
eminentemente secuencial.
El control de un Autómata Programable se realiza sobre la base de
una lógica definida a través de un programa interno.
Los A.P. no se limitan hoy en día a funciones de control lógico,
sino que también permiten:
Regular
Posicionar
Contar, dosificar
Comandar válvulas
Y mucho más…
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 83 of 431

26
Ventajas e Inconvenientes de los AP / PLC
Ventajas:
No es necesario desarrollar la lógica en esquema de contactos ni simplificar
las ecuaciones (la memoria interna es suficientemente grande)
Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar cableado ni añadir
aparatos
Mínimo espacio de ocupación y menores costes de
instalación/mantenimiento.
Posibilidad de controlar varias máquinas con el mismo A.P.
Menor tiempo de puesta en funcionamiento (tiempo de cableado reducido)
Inconvenientes:
Mayor coste inicial de la instalación
Necesidad de técnicos de mantenimiento y programadores adiestrados:
mayor formación
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 84 of 431

27
Historia de los Autómatas Programables (I)
Control lógico cableado basado en relés
Control lógico cableado basado en
disp. de estado sólido (relés estáticos)
Primera mitad del siglo XX: entrada del motor eléctrico en los
procesos productivos, controlados por sistemas digitales
secuenciales mediante relés interconectados.
En 1960, tras el desarrollo de los transistores, se desarrollan en
Europa los primeros controladores (electrónicos) lógicos cableados
(“NORBIT” de Philips, “SIMATIC C” de Siemens).
Tema 3_1
Parte 1 y 2
Page 85 of 431

28
Historia de los Autómatas Programables (II)
PLC Modicon 084
En 1968, GM Hydramatic realiza un concurso para la propuesta
de un controlador electrónico que sustituya a las soluciones de
control cableado utilizadas hasta ese momento.
La propuesta ganadora corresponde a la consultora Bedford
Associates, que propone un Controlador Lógico Programable
(PLC). El primer PLC comercial, denominado MODICON 084, fue
presentado por esta empresa. Uno de sus componentes, Richard
E. Morley, es considerado en la actualidad el “padre” del PLC.
Richard E. Morley Arquitectura PLC
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 86 of 431

29
Historia de los Autómatas Programables (III)
Quien patentó, en 1974, el término PLC fue la marca ALLEN-
BRADLEY (hoy Rockwell Automation). El Dr. Odo J. Struger,
fallecido en 1998, es considerado el “padre” de sus PLC´s.
El Dr. Struger, de origen Austriaco, trabajó para la empresa A & B
durante 40 años y colaboró activamente en el desarrollo del
estándar IEC 1131-3.
Odo J. Struger Evolución de los PLC´s de A&B Patente PLC
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 87 of 431

30
Evolución de los Autómatas Programables
Evolución de los Autómatas Programables basados en microprocesador en Europa
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 88 of 431

31
Estructura lógica de un A.P.
CPU
Unidad de control.
ROM sistema operativo.
Memoria de programa.
Acumulador.
Imágenes de proceso de entradas y salidas.
Temporizadores, contadores y marcas.
Periferia
Comunicaciones
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 89 of 431

32
Procesamiento cíclico del programa
Concepto de ciclo de
programa.
Perro guardián.
Actualización PAE
(imagen entradas).
Instrucciones.
Transferencia PAA
(imagen salidas).
Transferencia PAA
...
Programa usuario
...
Actualización PAE
Perro Guardián
Transferencia PAA
...
Programa usuario
...
Actualización PAE
Perro Guardián
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 90 of 431

33
Lenguajes de Programación básicos (IEC 61131-3)
Diagrama de contactos
LD
Lista de instrucciones
IL
Diagrama de funciones
FBD
I 0.0 ≥1
&
I 0.1
I 0.2 I 0.3
Q 4.0
I 0.0
I 0.1
I 0.2
I 0.3
&
Q 4.0
=
AND I 0.0
AND I 0.1
OR
AND I 0.2
AND I 0.3
ST Q 4.0
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 91 of 431

34
Lenguajes de Programación avanzados (IEC 61131-3)
Texto estructurado
ST
FUNCTION_BLOCK HYSTERISIS
VAR_INPUT
XIN1, XIN2 : REAL;
EPS : REAL;(*Hysterisis band*)
END_VAR
VAR_OUTPUT
Q : BOOL := 0
END_VAR
IF Q THEN
IF XIN1 < (XIN2-EPS) THEN
Q := 0 (*XIN1 decreasing*)
END_IF;
ELSIF XIN1 > (XIN2 + EPS ) THEN
Q := 1; (*XIN1 increasing*)
END_IF;
END_FUNCTION_BLOCK
SFC
Diagrama de funciones secuenciales
(*Programa en SFC con simple divergencia y convergencia*)
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 92 of 431

35
Familia de Autómatas Programables (SIMATIC S7)
S7-200
(micro autómata)
S7-400
(autómata de
altas prestaciones)
S7-300
(mini autómata)
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 93 of 431

36
Configuración Modular de los A.P. (SIMATIC S7-300)
PS
(opcional)
CPU IM
(opcional)
SM:
DI
SM:
DO
SM:
AI
SM:
AO
CP:
- Punto-a-Punto
- PROFIBUS
- Ethernet Industrial
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 94 of 431

37
Configuración Modular de los A.P. (SIMATIC S7-300)
Bastidor (perfil DIN)
Fuente de
Alimentación
CPU
Módulos
de señales de E/S
Conectores
de bus
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 95 of 431

38
Gama de Módulos Periféricos (SIMATIC S7-300)
Entradas digitales (SM-DI).
Salidas digitales (SM-DO).
Entradas analógicas (SM-AI).
Salidas analógicas (SM-AO).
Módulos de aplicación específica (FM,CP).
Reguladores PID.
Encoders.
Buses de campo. Comunicaciones industriales.
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 96 of 431

39
Estructura lógica de un A.P. (SIMATIC S7)
Memoria de
Programa
(RAM)
Unidad de
Control
Imagen de
proceso
entradas
(PAE) y
salidas (PAA)
Temporizadores
internos
Contadores
internos
Marcas
(EPROM
ó EEPROM)
Salidas digitales
y analógicas
Entradas digitales
y analógicas
Módulos de temporiza-
dores, contadores y
comparadores
CPU
Periferia
Bus
Memoria ROM
del S.O.
CANAL
MPI
Otros módulos
funcionales
Registros
(ACU1,ACU2,
VKE...)
Memoria de
Programa
(RAM)
Unidad de
Control
Imagen de
proceso
entradas
(PAE) y
salidas (PAA)
Temporizadores
internos
Contadores
internos
Marcas
(EPROM
ó EEPROM)
Salidas digitales
y analógicas
Entradas digitales
y analógicas
Módulos de temporiza-
dores, contadores y
comparadores
CPU
Periferia
Bus
Memoria ROM
del S.O.
CANAL
MPI
Otros módulos
funcionales
Registros
(ACU1,ACU2,
VKE...)
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 97 of 431

40
Datos técnicos de la familia de CPU´s S7-300
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 98 of 431

41
Computadores IndustrialesComputadores Industriales
Los Computadores Industriales son sistemas electrónicos
de control constituidos por un computador de propósito
general adecuadamente diseñado y montado para poder
trabajar en el entorno de un proceso industrial continuo o
discreto y soportar las condiciones ambientales adversas
(polvo, temperatura, interferencias EM, …). Aquellos cuyo
sistema físico (hardware) es equivalente al del computador
personal conocido como “PC” (IBM, 1981) han gozado en los
últimos años de una gran aceptación.
Diferentes formatos de Computadores Industriales
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 99 of 431

42
Históricamente, la utilización del computador en aplicaciones
industriales se inició (de forma casi coincidente con la
comercialización del “PC” en 1980) para llevar a cabo las tareas
IHM (visualización,…) y CAD (edición, puesta en marcha y
depuración) de los programas de control asociados a los
sistemas electrónicos de control de procesos, como los PLC,
DCS, CNC, …
Historia de los Computadores Industriales (I)
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 100 of 431

43
Historia de los Computadores Industriales (II)
Autómata Programable conectado a una unidad Programadora (PC)
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 101 of 431

44
Historia de los Computadores Industriales (III)
STEP 5 (Siemens) STEP 7 (Siemens) RSLogix 5000 (Rockwell)
UNITY (Schneider Electric) CX PROGRAMMER (Omron) CODESYS (3-S Software)
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 102 of 431

45
El aumento de su capacidad de memoria y velocidad de
operación, unido a su disminución de coste, está propiciando
actualmente su utilización como sistemas de control. Se
inició esta tendencia a comienzos de 1990 tanto en sectores
industriales muy específicos y tecnológicamente punteros
(aeroespacial, …) como en investigación (universidades, …)
Historia de los Computadores Industriales (IV)
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 103 of 431

46
Actualmente, su aplicación se está trasladando de forma
paulatina a las plantas industriales más tradicionales para
llevar a cabo la integración de los procesos de gestión con las
tareas de control realizadas tradicionalmente por otros sistemas
electrónicos de control.
Historia de los Computadores Industriales (V)
KUKA Robot Controller (PC) BECKHOFF CNC Controller (PC) PHOENIX PLC Controller (PC)
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 104 of 431

47
Este tipo de aplicaciones nacen cuando se desarrollan
programas informáticos denominados SCADA (Supervisory
Control and Data Adquisition) que permiten, interconectando el
computador a uno o varios equipos de control, llevar a cabo
tareas avanzadas de IHM y/o gestión de procesos.
Aplicaciones Industriales típicas del PC
Computador Industrial y Autómata Programable
(“PC-PLC”)
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 105 of 431

48
Computador Industrial y Autómata Programable
(“PC-PLC”): Versiones
Autómata
Programable
(PLC)
Computador (PC)
+
Soft. SCADA
Canal o Red
de
comunicaciones
Autómata
Programable
(Slot-PLC)
Computador
Industrial
(PC)
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 106 of 431

49
Computador Industrial y Sistema Operativo de
Tiempo Real
La aplicación del computador industrial en sectores
tecnológicamente punteros (aeroespacial, robótica, visión
artificial,…) motivó el desarrollo de este tipo de sistemas de
control, que consiste en utilizar el propio equipo como el
equipo en el que se implantan, simultáneamente, el control
en tiempo real y la gestión de los procesos de producción.
Diversas empresas especializadas han desarrollado RTOS (Real
Time Operating Systems) que posibilitan el desarrollo de los
procesos de control y, además, ejecutar otras aplicaciones
como las de desarrollo y gestión, a través de su interfaz gráfica
de usuario.
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 107 of 431

50
Computador Industrial y Sistema Operativo de
Tiempo Real
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 108 of 431

51
Computador Industrial y Software de Autómata
Programable (Soft-PLC)
La limitada utilización actual del computador industrial como
sistema de control de procesos está relacionada, en buena
medida, con la tradicional resistencia al cambio, con cierta
“fama” de falta de inestabilidad de ciertos S.O. del ámbito
ofimático y con la falta de conocimientos que el personal de
automatización tiene de lenguajes de programación de alto
nivel.
Para paliar este problema, algunos fabricantes proponen (como
solución de compromiso) la combinación de un RTOS con
programas Soft-PLC que emulan por software el
comportamiento de un PLC.
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 109 of 431

52
Computador Industrial y Software de Autómata
Programable (Soft-PLC)
MatPLC
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 110 of 431

53
Computador Empotrado (Embedded)
Otra posibilidad de encontrar un computador industrial en
control de procesos es aquella en la que éste, que incluye un
S.O., queda “empotrado” dentro de otro tipo de sistemas, entre
los cuales cabe citar interfaces usuario-máquina, PDA´s, etc.
A este tipo de computadores se les suele denominar
embedded computers.
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 111 of 431

54
Computador Empotrado (Embedded)
Tema 3_2
Parte 3, 4 y 5
Page 112 of 431

1
5º Curso5º Curso
Tema 3_3
Parte 6
Page 113 of 431

2
Tema 3Tema 3
EQUIPOS PARA LA AUTOMATIZACIÓN
INDUSTRIAL
(4 horas)
Tema 3_3
Parte 6
Page 114 of 431

3
Tema 3.Tema 3.
Equipos para la automatización industrial.Equipos para la automatización industrial.
• Sistemas de control numérico.
• Autómatas programables.
• Computadores industriales.
• Controladores de procesos continuos.
• Sistemas CAD-CAM.
• Robots industriales.
• Sistemas de manipulación de elementos.
Tema 3_3
Parte 6
Page 115 of 431

4
Controladores de Procesos ContinuosControladores de Procesos Continuos
Los procesos continuos son aquellos cuyo producto final, en
lugar de estar formado por un conjunto de elementos
separados, está constituido por un material que fluye de
forma continua (productos químicos, mezclas de sólidos, etc).
Este tipo de procesos se caracterizan por que en ellos es
necesario medir (caudalímetros, sensores de presión, etc.) y
controlar elementos (electroválvulas proporcionales, motores,
etc.) mediante variables analógicas.
Tema 3_3
Parte 6
Page 116 of 431

5
Controladores de procesos continuosControladores de procesos continuos
Los primeros sistemas comerciales de control de procesos
continuos se realizaron, a principios de 1970, con procesadores
analógicos formados por amplificadores operacionales
debidamente realimentados (Bob Widlar inventa el A.O. en 1964).
Historia de los controladores de procesos continuos
Tema 3_3
Parte 6
Page 117 of 431

6
Los computadores aplicados al control de procesos hacen sus primeros
escarceos (son todavía muy caros) a mediados de la década de 1960.
En los años 70 surgen los primeros sistemas digitales comerciales de
control de procesos continuos denominados DCS (Distributed Control
Systems). Entre ellos podemos citar la aparición a mediados de la década
de 1970 de: TDC 2000 de HONEYWELL, el CENTUM de YOKOGAWA, el
UCS 3000 de BRISTOL y el NETWORK 90 de Bailey (hoy ABB).
Tema 3_3
Parte 6
Page 118 of 431

7
Tema 3_3
Parte 6
Page 119 of 431

8
En la actualidad, prácticamente todos los sistemas DCS se realizan
mediante procesadores digitales conectados por redes digitales de
comunicación. En los procesos complejos, en los que el nº de variables
a manipular es elevado (centenas-miles de E/S) se utilizan sistemas de
elevada capacidad de cálculo, como son los propios PLC´s y PC´s
Industriales de gama alta.
Arquitectura moderna de control de procesos
Tema 3_3
Parte 6
Page 120 of 431

9
Componentes de un sistema de control de procesos
PC industrial + SCADA
(IHM)
PLC´s
Mini PLC´s
Periferia descentralizada
Tema 3_3
Parte 6
Page 121 of 431

10
Sistemas CAD/CAMSistemas CAD/CAM
Suelen recibir esta denominación los computadores que
ejecutan un conjunto de programas que automatizan y
simplifican tareas como:
Diseño (eléctrico, mecánico, electrónico, de programas
de control, etc.) asistido por computador
Simulación asistida por computador
La programación y configuración de sistemas de
control numérico, autómatas programables, robots…
La planificación del proceso productivo
Ya se han estudiado en el Tema 2
Tema 3_3
Parte 6
Page 122 of 431

11
Robots IndustrialesRobots Industriales
Según la AFNOR (Asociación Francesa de Normalización), el
robot industrial se define como:
“manipulador automático servo-controlado, reprogramable,
polivalente, capaz de posicionar y orientar piezas, útiles o dispositivos
especiales, siguiendo trayectoria variables reprogramables, para la
ejecución de tareas variadas. Normalmente tiene la forma de uno o
varios brazos terminados en una muñeca. Su unidad de control
incluye un dispositivo de memoria y ocasionalmente de percepción del
entorno. Normalmente su uso es el de realizar una tarea de manera
cíclica, pudiéndose adaptar a otra sin cambios permanentes en su
material”
Los robots son sistemas complejos para cuyo diseño es
necesaria la colaboración de expertos en diferentes áreas
de la tecnología (mecánica, eléctrica, electrónica, teoría de
control, neumática, …)
Tema 3_3
Parte 6
Page 123 of 431

12
En 1920, el escritor checoslovaco Karel Capek
utiliza la palabra robot en su obra “Rossum
Universal Robots” (en checo, robota significa labor
tediosa).
En 1938, Pollard y Roselund desarrollan el primer
mecanismo “programable” para pintado con spray.
En 1942, Isaac Asimov enuncia las “tres leyes de la
robótica”.
Historia de los robots industriales (I)
Tema 3_3
Parte 6
Page 124 of 431

13
Historia de los robots industriales (II)
En 1946, surge el computador: Eckert y Mauchly construyen el
ENIAC en la U. de Pennsylvania. En el MIT, Whirlwind crea un
computador de propósito general y resuelve un primer problema.
En 1951, el francés Raymond Goertz diseña el primer brazo
articulado teleoperado para la comisión de la energía atómica.
El diseño es puramente mecánico.
Tema 3_3
Parte 6
Page 125 of 431

14
Historia de los robots industriales (III)
En 1954, George Devol diseña el primer robot programable y acuña el
término “Universal Automation”, germen del nombre de su futura
empresa, UNIMATION, que funda junto a Joseph Engelberger (con el
apoyo económico de Condec). En 1961, venden el primer robot a GM.
Joseph
Engelberger
George
Devol
Robot UNIMATE
paletizando en G.E.
Tema 3_3
Parte 6
Page 126 of 431

15
Historia de los robots industriales (IV)
En 1968, KAWASAKI fabrica (bajo licencia de UNIMATION) el primer
robot japonés.
En 1977 (1974 en Wikipedia), la compañía europea ASEA (hoy ABB)
desarrolla sus primeros robots industriales.
Tema 3_3
Parte 6
Page 127 of 431

16
Historia de los robots industriales (V)
Los primeros robots eran hidráulicos, o sea, los accionamientos
de los ejes eran hidráulicos.
El sistema de control controlaba los movimientos del robot, que
se ejecutaba de una forma secuencial
El programa se almacenaba en un tambor magnético que
almacenaba hasta 4.000 pasos de programa.
Tema 3_3
Parte 6
Page 128 of 431

17
Robots Industriales en la actualidad
Son robots totalmente eléctricos, o sea, sus movimientos
están generados por motores eléctricos.
El sistema de control se basa en sistemas
multiprocesador, con un procesador específico para cada
subsistema.
Las trayectorias se autooptimizan para obtener las
máximas prestaciones del sistema en cada momento y en
función de las circunstancias.
Los programas se almacenan en disco duro o por red en
un dispositivo externo.
Tema 3_3
Parte 6
Page 129 of 431

18
Tema 3_3
Parte 6
Page 130 of 431

19
Tema 3_3
Parte 6
Page 131 of 431

20
¿Evolución de los robots en el futuro?
Tema 3_3
Parte 6
Page 132 of 431

21
Eleva la velocidad de producción porque facilita la repetición
automática de movimientos
Disminuye los tiempos muertos
Permite la realización de diferentes tareas (flexibilidad) sin
más que cambiar el programa
Eleva la calidad de los productos
Disminuye la mano de obra directa
Puede realizar tareas que son penosas para el ser humano:
Por ser realizadas en ambientes insalubres
Por ser duras, incómodas o altamente peligrosas
Por ser monótonas
Ventajas de su adecuada aplicación
Tema 3_3
Parte 6
Page 133 of 431

22
Componentes funcionales de los Robots
Sistema mecánico dinámico
articulado
Sistemas de actuación (neumático,
hidráulico, electromecánico)
Sistemas de realimentación
Controlador del robot
Unidad de programación (IHM)
Programa robot
Herramientas acopladas al robot
Sensores avanzados
Tema 3_3
Parte 6
Page 134 of 431

23
Componentes funcionales en Robots Industriales
Unidad de
Programación
(IHM)
Armario de control
Controlador
principal
de control
Electrónica
control + potencia
articulaciones
Conexiones
robot
Motor articulación
+
Sensor posición
Conexiones
entorno
Herramienta o garra
(elemento terminal) Programa
Tema 3_3
Parte 6
Page 135 of 431

24
Diferentes arquitecturas mecánicas:
a) Cartesiana
b) Cilíndrica
c) Esférica
d) Articulada
Tema 3_3
Parte 6
Page 136 of 431

25
Articulaciones típicas en la extremidad:
a) Roll (balanceo)
b) Pitch (cabeceo)
c) Yaw (desvío o guiñada)
Tema 3_3
Parte 6
Page 137 of 431

26
Tema 3_4
Parte 7
Page 138 of 431

27
Resolver Encoder absoluto Encoder Incremental
Tema 3_4
Parte 7
Page 139 of 431

28
Diagrama de bloques típico del sistema electrónico de control de un robot
Tema 3_4
Parte 7
Page 140 of 431

29
Tema 3_4
Parte 7
Page 141 of 431

30
Tema 3_4
Parte 7
Page 142 of 431

31
Tema 3_4
Parte 7
Page 143 of 431

32
Tema 3_4
Parte 7
Page 144 of 431

33
Tema 3_4
Parte 7
Page 145 of 431

34
Tema 3_4
Parte 7
Page 146 of 431

35
Tema 3_4
Parte 7
Page 147 of 431

36
Tema 3_4
Parte 7
Page 148 of 431

37
Elementos terminales (garra o herramienta) en robots industriales
Tema 3_4
Parte 7
Page 149 of 431

38
Sensores de fuerza Sensores de visión Sensores láser
Tema 3_4
Parte 7
Page 150 of 431

39
Características principales de un Robot Industrial
Espacio de
trabajo
Aplicaciones
típicas
Tema 3_4
Parte 7
Page 151 of 431

40
Características principales de un Robot Industrial
Tema 3_4
Parte 7
Page 152 of 431

41
Aplicaciones típicas de un robot industrial
Paletizado
Soldadura por arco
Soldadura por puntos
Corte por láser
Corte por chorro de agua
Carga/descarga de CNC´s
Pulido/desbarbado/esmerilado
Manipulación
Pintura
Sellado / Encolado
Ensamblaje
Packing
Pick & Place
Visión
Plegadoras
Demos
…
Tema 3_4
Parte 7
Page 153 of 431

42
Paletizado Soldadura por arco
Soldadura por puntos Corte por láser
Tema 3_4
Parte 7
Page 154 of 431

43
Carga / descarga de CNC´s Pulido / desbarbado / esmerilado
Corte por chorro de agua Pintura
Tema 3_4
Parte 7
Page 155 of 431

44
Sistemas de manipulación de elementosSistemas de manipulación de elementos
Sistemas logísticos en la industria:
El sistema logístico en la industria, que tradicionalmente se ha denominado
“flujo de materiales” está formado por tres grandes subsistemas:
Sistema de suministro de material: consistente en el transporte de la
materia prima y componentes desde el proveedor a la planta productiva.
Sistema de manutención de material: manipulación, transporte y
almacenaje de los materiales y productos dentro de la planta productiva.
Sistema de distribución de producto final: consistente en el transporte
y distribución de los productos fabricados al cliente final.
Proveedores
ClienteFinal
Sistema Logístico
Suministro de Materiales Manutención Industrial Distribución de Producto
Almacenaje
Transporte
Manipulación
Transporte
Almacenaje
Transporte
Tema 3_4
Parte 7
Page 156 of 431

45
Reciben esta denominación los sistemas electromecánicos
capaces de transportar elementos que constituyen
productos o subproductos de un proceso de fabricación.
Son sistemas que tienen una estructura mecánica fija que
da lugar a un número reducido de trayectorias.
Las máquinas de transferencia (transfer machines) son uno
de los ejemplos más característicos y los autómatas
programables (PLC) constituyen el tipo de sistema electrónico
más utilizado para su control.
Tema 3_4
Parte 7
Page 157 of 431

46
Sistemas industriales de manutención automática:
Determinadas empresas trabajan generalmente en entornos de
trabajo “Justo a Tiempo” (JIT) y con una elevada cadencia
productiva (1-10 productos/minuto en el sector del automóvil).
Durante los procesos productivos es necesario manipular y gestionar
un elevado número de componentes de muy diversas referencias.
Existe una clara necesidad de mejora en sus medios logísticos:
Control automático de reservas y trazabilidad de los envíos de
proveedores.
Integrar la secuencia de órdenes de “picking” con los sistemas de
información de la empresa.
Reducir errores humanos de gestión y mantenimiento, controlar y
asistir la interacción humana con estos sistemas.
Eliminar “stocks durmientes” y garantizar la rotación de los
productos.
Tema 3_4
Parte 7
Page 158 of 431

47
Medios tecnológicos para el transporte de material:
Transp. monorraíl Transp. birraíl Aerovías
Vehículos con guiado automático Cintas transportadoras
Tema 3_4
Parte 7
Page 159 of 431

48Transelevadores
Puentes grúa
Almacenes aéreos
Medios tecnológicos para el almacenamiento de material:
Tema 3_4
Parte 7
Page 160 of 431

49
Heterogeneidad y complejidad existente en la realización de
los sistemas industriales:
PERSONAS:
Dirección
Comercial
Ingeniería
Producción
Informática
Fabricación
Mantenimiento, ...
TECNOLOGÍAS:
Mecánica
Eléctrica
Neumática
Diseño
Control en Tiempo Real
Sistemas de información
Simulación, ...
RESULTADOS:
Implantación mecánica,
eléctrica, neumática
Planos y documentación
Programas de
control, gestión, I.H.M.
Formación, gamas de
mantenimiento, ...
NNecesidad de integración metodológica, tecnológica y
organizativa en los procesos de desarrollo interdisciplinar.
Tema 3_4
Parte 7
Page 161 of 431

1
5º Curso5º Curso
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 162 of 431

2
Tema 4Tema 4
SISTEMAS DE FABRICACIÓN FLEXIBLE
(4 horas)
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 163 of 431

3
Tema 4.Tema 4.
Sistemas de Fabricación Flexible.Sistemas de Fabricación Flexible.
• Introducción.
• Módulo de fabricación flexible.
• Célula de fabricación flexible.
• Línea de fabricación flexible.
• Taller flexible.
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 164 of 431

4
Introducción.Introducción.
Los sistemas de fabricación flexible (FMS, Flexible
Manufacturing Systems) se pueden definir de dos formas,
según se ponga énfasis en la producción o en la
automatización.
En el primer caso: “conjunto de máquinas e instalaciones,
enlazadas entre sí mediante un sistema de transporte y control,
que es capaz de producir una variedad de productos dentro de
una gama sin necesidad de interrumpir el proceso de
fabricación”.
En el segundo caso: “sistema controlado por un computador
central que conecta varios centros o estaciones de trabajo
informatizadas mediante un sistema automático de
manipulación de materiales”.
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 165 of 431

5
“Layout” 1 de un sistema de fabricación flexible
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 166 of 431

6
Planta de Prensas Planta de Carrocerías
Planta de Pintura Planta de Montaje
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 167 of 431

7
“Layout” 2 de un sistema de fabricación flexible
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 168 of 431

8
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 169 of 431

9
Una instalación de fabricación flexible posee, en
general:
Equipos de producción que realizan automáticamente el
cambio de piezas y herramientas, lo que les permite trabajar
sin operarios a pie de máquina durante largos periodos de
tiempo
Sistemas de manutención y transporte automático de
piezas y herramientas, tanto entre máquinas como entre ellas y
los almacenes
Entrada al azar de un conjunto de piezas distintas
adecuadamente identificadas dentro de una gama más o
menos amplia predeterminada asociada a la tecnología de
grupos
(sigue)
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 170 of 431

10
(sigue)
Un sistema de monitorización y control informatizado
que coordina todo el proceso
Un sistema de gestión de materiales, máquinas y
herramientas que permite
Fabricación Justo a Tiempo (JIT, Just In Time)
Inspección de la producción
Diagnóstico y mantenimiento preventivos
Por todo ello, el concepto FMS presenta diversas variantes
como son los módulos, células o celdas, las líneas y el taller
de fabricación flexible.
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 171 of 431

11
Tipos de flexibilidad y factores de los que depende (I)Tipos de flexibilidad y factores de los que depende (I)
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 172 of 431

12
Tipos de flexibilidad y factores de los que depende (II)Tipos de flexibilidad y factores de los que depende (II)
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 173 of 431

13
Módulo de Fabricación FlexibleMódulo de Fabricación Flexible
Los Módulos de Fabricación Flexible (FMM, Flexible
Manufacturing Module) consisten en una máquina
controlada por computador que puede fabricar piezas
diferentes sin necesidad de un operario que realice tareas
de cambio de elementos.
Un ejemplo típico es un CNC que posee un almacén
automático de herramientas y piezas.
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 174 of 431

14
Célula de Fabricación FlexibleCélula de Fabricación Flexible
Una Célula de Fabricación Flexible (FMC, Flexible
Manufacturing Cell) consiste en un conjunto de
máquinas-herramienta capaces de mecanizar total o
casi totalmente una cierta categoría de piezas y realizar el
control de calidad sobre ellas.
Está asociada a la tecnología de grupos y se caracteriza
por:
Cada máquina está dotada de un sistema CNC y posee un
almacén automático de herramientas y piezas
Posee almacenes intermedios (buffers) entre máquinas que
garantizan la autonomía durante cierto tiempo (p. ej. Horas)
Posee un computador que coordina las labores de mecanizado,
manutención y transporte entre las máquinas
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 175 of 431

15
Célula de Fabricación FlexibleCélula de Fabricación Flexible
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 176 of 431

16
Línea de Fabricación FlexibleLínea de Fabricación Flexible
Una Línea de Fabricación Flexible (FML, Flexible
Manufacturing Line) está formada por un conjunto de
células de fabricación flexible relacionadas entre sí
mediante un sistema de transporte de piezas
adecuadamente identificadas.
En general se caracteriza por:
Poseer un almacén automatizado en línea de piezas y
herramientas
Admitir la llegada al azar a su entrada de un gran número de
piezas
Poseer un computador coordinador que ejecuta un programa
de gestión que asigna las piezas a las máquinas y un programa
de planificación y programación de la producción.
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 177 of 431

17
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 178 of 431

18
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 179 of 431

19
Taller FlexibleTaller Flexible
El Taller Flexible, también denominado FMS, tiene
integradas dentro de la filosofía de fabricación flexible
todas las funciones de una planta de fabricación
como son la recepción de materiales, la inspección, el
almacenaje, el transporte, la mecanización, el montaje, la
distribución, …
Un FMS se caracteriza por producir cualquier tipo de
pieza que se precise y para ello ejecuta programas de
control y gestión de gran complejidad.
Su implantación implica la normalización de los
productos y de los medios de producción, lo que
hace que sólo esté al alcance de empresas líderes en su
sector.
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 180 of 431

20
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 181 of 431

21
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 182 of 431

22
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 183 of 431

23
En realidad, el Taller Flexible es una filosofía de
producción porque afecta a toda la empresa y obliga a
un cambio de estrategia empresarial:
Estrategia de mercado, pues permite truncar rápidamente el
ciclo de vida de un producto, reforzar la innovación tecnológica,
aumentar su complejidad, ampliar las gamas, atender a peticiones
de personalización, fragmentar el mercado, …
Ingeniería de producto, porque permite integrarla con la
ingeniería de fabricación e implantar la tecnología de grupos.
Estrategia de producción, porque permite trabajar contra
pedido e implantar la gestión JIT.
Ingeniería de proceso, porque necesita integrar técnicos en
proceso con técnicos en informática, comunicaciones, …
(sigue)
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 184 of 431

24
(sigue)
Las finanzas, porque los sistemas de costes pasan a tener un
componente variable muy alto (al ser prácticamente fijos) y por lo
tanto muy sensibles al volumen de producción, los procedimientos
de análisis de inversiones y su amortización experimentan también
un cambio importante.
Las relaciones industriales, porque puede ocasionar problemas
laborales importantes si no es asumida por el personal debido a
que reduce la mano de obra directa, aumenta las necesidades de
formación, reconversión y modificación de estructuras y funciones
y necesita, en algunos casos, la contratación de expertos en
condiciones más favorables de las usuales.
Por todo ello, debe implantarse de forma gradual y con una
adecuada formación, información y adecuación del personal.
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 185 of 431

25
FormaciónFormación
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 186 of 431

26
FormaciónFormación
Tema 4
Parte 1, 2 y 3
Page 187 of 431

1
5º Curso5º Curso
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 188 of 431

2
Tema 5Tema 5
FABRICACIÓN INTEGRADA POR COMPUTADOR.
PIRÁMIDE CIM
(4 horas)
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 189 of 431

3
Tema 5.Tema 5.
Fabricación Integrada por Computador. Pirámide CIMFabricación Integrada por Computador. Pirámide CIM
• Introducción y antecedentes.
• Niveles funcionales de un sistema de
fabricación
• Nivel de proceso
• Nivel de estación
• Nivel de célula
• Nivel de área
• Nivel de fábrica
• Nivel de empresa
• Sistemas MES
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 190 of 431

4
Fabricación Integrada por Computador. Pirámide CIM.Fabricación Integrada por Computador. Pirámide CIM.
Introducción y antecedentes.Introducción y antecedentes.
De lo expuesto en anteriores temas se deduce la necesidad
de integrar los procesos de producción (diseño,
ingeniería y fabricación) con los de gestión de la empresa.
Se obtiene así la denominada fabricación integrada por
computador, también conocida como CIM (Computer
Integrated Manufacturing).
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 191 of 431

5
CIM se aplica en las empresas que tratan de integrar, en
mayor o menor medida, y mediante el uso adecuado de
computadores, todas las áreas de la empresa:
Órdenes de entrada
Control de inventarios
Planificación de necesidades de materiales
Diseño del producto y proceso
Simulación
Planificación de la fabricación
Automatización de la producción
Control de calidad
Ensamblado automático
Control de ventas
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 192 of 431

6
La rueda CIM (CASA/SME 1985)
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 193 of 431

7
La división en niveles de la estructura funcional de un
proceso propicia la representación de un sistema de
fabricación integrada por computador mediante la
denominada pirámide CIM, y que está formada
conceptualmente por 5 o 6 niveles:
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 194 of 431

8
Niveles funcionales de unNiveles funcionales de un sist.sist. de fabricaciónde fabricación
En este nivel se adquieren datos del proceso mediante
sensores situados en él y se actúa mediante actuadores.
Los sensores se transfieren a los sistemas de control que
forman parte del nivel de estación para que ejecuten los
algoritmos de control y que, teniendo en cuenta los
resultados obtenidos, envíen las órdenes oportunas a los
actuadores.
Por lo tanto, este nivel es el encargado de la comunicación
de los diferentes controladores del nivel de estación con los
dispositivos de campo (Field devices).
Nivel de ProcesoNivel de Proceso
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 195 of 431

9
En este nivel se elabora la información procedente de los
dispositivos del nivel inferior y se informa al usuario de la
situación de las variables y alarmas.
Forman parte de él los diferentes sistemas electrónicos de
control utilizados en cada máquina (PLC´s, CNC´s, robots,
computadores, DCS´s, …), que reciben el nombre genérico
de controladores de máquinas.
Nivel de Estación / MáquinaNivel de Estación / Máquina
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 196 of 431

10
En este nivel se realiza la coordinación de las máquinas
pertenecientes a la célula de fabricación.
Las tareas generadas en el nivel superior de área o de
fábrica se descomponen en un conjunto de
operaciones más sencillas que se trasladan, de forma
sincronizada, hacia los subprocesos del nivel inferior
(almacenamiento y transporte, fabricación, ensamblado,
control de calidad, etc.)
Nivel de Taller / CélulaNivel de Taller / Célula
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 197 of 431

11
En este nivel se coordinan entre sí las diferentes células
que conforman una línea de fabricación.
Sólo existen en instalaciones de un elevado nivel de
complejidad, por lo que a menudo no se incluye en la
pirámide CIM.
Nivel de ÁreaNivel de Área
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 198 of 431

12
En este nivel se realiza el secuenciamiento de tareas y la
administración de los recursos.
Suele ser el responsable de la gestión de una planta o
fábrica concreta.
Las principales actividades se centran en la planificación y
el control de la producción. En él se diseñan y definen
los procesos de fabricación y su secuencia concreta, se
gestiona el material y los recursos (máquinas, programas,
etc.) necesarios para la obtención del producto final, se
planifican las labores de mantenimiento, etc.
Nivel de FábricaNivel de Fábrica
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 199 of 431

13
En este nivel se lleva a cabo la gestión e integración de
los niveles inferiores.
En él se consideran principalmente los aspectos de la
empresa desde el punto de vista de su gestión global:
Compras
Ventas
Comercialización
Investigación
Objetivos estratégicos
Planificación a medio y largo plazo
…
Nivel de EmpresaNivel de Empresa
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 200 of 431

14
Niveles funcionales de unNiveles funcionales de un sist.sist. de fabricación.de fabricación.
El modelo CIM que se acaba de describir se puede
implantar en la realidad tal como se indica en la
siguiente figura:
Relación entre el modelo teórico de la pirámide CIM
y su implantación real en la empresa
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 201 of 431

15
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 202 of 431

16
Niveles CIM (Telemecanique)
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 203 of 431

17
El nivel de proceso, tal como se indicó, está formado por los
dispositivos de campo que interactúan con el proceso.
El conjunto formado por el nivel de estación/máquina, taller/celda
y área está constituido por un conjunto de sistemas
electrónicos de control como los estudiados en el Tema 3.
El nivel de fábrica es el último en el que se han comenzado a
utilizar aplicaciones que tienen como objetivo contribuir a
ejecutar eficientemente el plan de fabricación de una planta. Este
tipo de soluciones reciben el nombre de MES (Manufacturing
Execution Systems).
En el nivel de empresa se utilizan aplicaciones de negocio
conocidas como ERP (Enterprise Resource Planning), CRM
(Customer Relationship Mgmt.), PLM (Product Lifecycle Mgmt.),
SCM (Supply Chain Mgmt.), …
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 204 of 431

18
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 205 of 431

19
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 206 of 431

20
Modelling /
Scheduling /
Tracking/HM
I/Scada
Condition
Based
Maintenance
Automation
Platforms
Automation
Components
Legacy
Devices
Computerised
Maintenance
Management
System
Smart
Devices
Control /
Advanced
Diagnostics
e-Procurement
Supply
Chain
Partners
The Web
Enterprise
Systems
Supply Chain
Management
i2
MRO
Suppliers
ERP
RA.comRA.com
OEM’s
Manufacturing
BusinessWare
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 207 of 431

21
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 208 of 431

22
Sistemas MESSistemas MES
Los sistemas MES son principalmente sistemas
informáticos en línea que proporcionan herramientas
para llevar a cabo las distintas actividades de la
administración de la producción.
La importancia de los sistemas MES ha hecho que se haya
constituido una asociación para impulsarlos, denominada
MESA (M.E.S. Association, http://www.mesa.org/), que ha
elaborado una lista descriptiva de las tareas que pueden ser
incluidas en un sistema MES.
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 209 of 431

23
Sistemas MESSistemas MES
Modelo de un sistema MES desarrollado por la Asociación MESA
Tema 5
Parte 1, 2 y 3
Page 210 of 431

Instalación de sistemas de automatización y datos

Instalación de sistemas de automatización y datos

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Instalación de sistemas de automatización y datos

Similar a Instalación de sistemas de automatización y datos (20)

Último

Último (20)

Instalación de sistemas de automatización y datos