Autómatas programables

Podemos definir los autómatas programables como  maquinas que ejecutan correlativamente instrucciones almacenadas por el usuario en su memoria. Además estas ordenes se combinarán con la generación de una serie de órdenes y señales  de mando a partir de las diferentes entradas de las que dispondrá el dispositivo.  

Como podemos ver en la anterior imagen, el PLC estará compuesto por diferentes cajas de plástico unidas entre sí mecánica y eléctricamente. En cuanto a su funcionamiento, la secuencia básica de operación de un autómata será la que se muestra a continuación:

1. Lectura de las señale de entrada.
2. Procesado del programa.
3. Obtención de las señales de control.
4. Escritura de las señales en el interfaz de salida.

En la siguiente gráfica queda reflejada la arquitectura básica de un PLC.

Y a continuación tambien podemos observado los diferentes tipos de cableado que se podrán llevar a cabo con los automatas. Diferenciaremos el cableado directo I/O y el cableado por bus de campo.

Si nos disponemos a analizar los componentes principales de un autómata programable, debemos de tener en cuenta especialmente los detallados a continuación:

FUENTE DE ALIMENTACIÓN

La fuente de alimentación se encargará de adaptar la tensión de la red eléctrica, de forma que pueda ser correctamente utilizada por el autómata. Lo más normal es que se produzca una conversión de 220 V de corriente alterna a 24 V de corriente continua.

CPU

La CPU podrá ser considerada como el verdadero cerebro del automata. En el se encontrará residente el programa introducido por el usuario que servirá para controlar el proceso. Básicamente, se encargará de recibir ordenes del operario a traves de una consola de programación y enviar la respuesta correspondiente en cada caso al modulo de salidas.

MODULO DE ENTRADAS

Conectados a este modulo encontraremos los captadores, que podrán ser de diferentes tipos como por ejemplo interruptores, finales de carrera, etc.. Mediante estos dispositivos se recibirá una determinada información que será enviada a la CPU para su posterior tratamiento.

Si nos disponemos a diferenciar entre diferentes tipos de captadores, no podemos dejar de destacar por un lado los activos, y por el otro los pasivos.

- Captadores activos: Dispositivos electrónicos que deberán ser alimentados por una tensión para que varíen su estado lógico.

- Captadores pasivos: Dispositivos que cambiaran su estado lógico a través de una acción mecánica.

MODULOS DE SALIDA

Básicamente se puede decir que serán los encargados de que la información enviada por la CPU llegue a los actuadores. Esta información habrá sido previamente procesada por la propia CPU y se enviará a este modulo para que las salidas sean desactivadas o activadas.

Seguidamente se diferencia entre los diferentes tipos de módulos de salida que podemos encontrar en los autómatas.

MODULOS DE SALIDA A RELÉS: Se basará en la conmutación mecánica, en este caso pos la bobina del relé, de un contacto eléctrico normalmente abierto. (c.c. y c.a.)

MODULOS DE SALIDA A TRIACS: Se utilizará en los casos en los que se quiera realizar operaciones de conmutación muy rápidas. (cc. Y c.a.)

MODULOS DE SALIDA A TRANSISTORES A COLECTOR ABIERTO: De la misma forma que los anteriores, este tipo de módulos también serán utilizados para conexiones y desconexiones muy rápidas, pero en este caso exclusivamente en corriente continua.

TERMINALES DE PROGRAMACIÓN

Se trate del elemento que servirá de puente entre el operario y el autómata. Este podrá utilizarlos para modificar o introducir programas, e informar sobre el funcionamiento de los procesos, entre muchas otras opciones.

Cada autómata podrá disponer de una terminal de control específica, pero también podrán ser utilizadas como tales ordenadores que contengan un determinado software.

PERIFÉRICOS

Serán elementos que interviene directamente en el funcionamiento del autómata. Su función será la de facilitar la labor desempeñada por el operario. Entre ellos podemos encontrar impresoras, cartuchos de memoria, visualizadores, etc.

LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN

Existirán diferentes lenguajes de programación, tradicionalmente los más utilizados son el diagrama de escalera (Lenguaje Ladder), preferido por los electricistas, lista de instrucciones y programación por estados, aunque se han incorporado lenguajes más intuitivos que permiten implementar algoritmos complejos mediante simples diagramas de flujo más fáciles de interpretar y mantener.

Neumática

A lo largo de la siguiente entrada del blog, se explicará a grandes rasgos como funcionan los sistemas neumáticos y cuales son sus principales componentes.

Un sistema neumático será un sistema que incorpora el aire comprimido como medio para transmitir la energía necesaria y hacer funcionar diferentes tipos de mecanismos. La base física de este tipo de sistemas radica en que el aire es un material elástico, por lo que al aplicarle una fuerza se comprime y acumula energía en esta situación. Esta energía será guardada hasta el momento en el que le sea posible volver a expandirse.

Los componentes principales de un sistema neumático serán los siguientes:

- Compresor.

- Acumulador.

- Válvulas.

- Actuadores.

En la siguiente imagen podemos ver como está conformado un sistema neumático básico.

COMPRESOR

El compresor será un maquina diseñada para aumentar la presión de determinados elementos o tipos de fluidos a través de la compresión de estos. Al realizarse esta acción, se generará un energía, que será canalizada a través del circuito neumático logrando finalmente que sea convertida en energía mecánica.

ACUMULADOR

Será el punto de almacenaje del aire comprimido, de manera que su caudal pueda ser adaptado a las necesidades del sistema.

VALVULAS NEUMÁTICAS

Una válvula neumática es un elemento de regulación y control de la presión y el caudal del aire a presión. Este aire es recibido directamente después de su generación o sino desde un dispositivo de almacenamiento. Las válvulas dirigen, distribuyen o pueden bloquea el paso del aire para accionar los elementos de trabajo (los actuadores). Hay tres tipos de válvulas dependiendo de los que queremos hacer: distribuidoras, reguladores de caudal y reguladores de presión.

· Válvulas de distribución: Como su propio nombre indica son las encargadas de distribuir el aire comprimido en los diferentes actuadores neumáticos, por ejemplo, los cilindros.

· Válvulas de bloqueo: Son válvulas con la capacidad de bloquear el paso del aire comprimido cuando se dan ciertas condiciones en el circuito.

· Válvulas reguladoras: Aquí nos encontramos con las válvulas que regulan el caudal y las válvulas que regulan la presión.

· Válvulas secuenciales: Las válvulas neumáticas son considerados elementos de mando, de hecho, necesitan o consumen poca energía y a cambio, son capaces de gobernar una energía muy superior.

ACTUADORES: Serán los encargados de convertir la energía de la presión en energía mecánica. Existirán diversos tipos de actuadores, nosotros los clasificaremos en dos grandes grupos:

• Cilindros de simple efecto: El desplazamiento del émbolo debido a la acción del aire comprimido será en una única dirección. El retroceso se lograra mediante una fuerza externa, como por ejemplo la fuerza elástica de un muelle de retorno.

• Cilindros de doble efecto: El desplazamiento del émbolo será bidireccional, por lo que será necesaria la existencia de aperturas de alimentación en ambas partes del embolo.

Sensores

A grandes rasgos, un sensor será un dispositivo capaz detectar variaciones en magnitudes físicas o químicas y convertir estas a su vez en variables de tipo eléctrico que puedan ser utilizadas para trabajar con ellas. Estas magnitudes fisicas y quimicas podrán ser desde temperatura, hasta velocidad, pasando por otras como la presión o la humedad por ejemplo.

Los componentes principales de un sensor serán los siguientes:

- Captador: Se encargará de percibir las variaciones en dichas magnitudes.

- Transductor: Convertirá la magnitud recibida en señal eléctrica.

- Acondicionador: Acondicionara correctamente la señal proveniente del transductor ajustando niveles de voltaje e intensidad.

SISTEMA DE CONTROL

Seguidamente se muestra la estructura básica de un sistema de control en el cual estará integrado el sensor. El sensor será el encargado de registrar las variaciones en la magnitud que se quiera medir, haciendo variar la señal que llegará al comparador y este la comparará con la de la entrada. El controlador hará el seguimiento de los posibles cambios, haciendo que el actuador trabaje en consecuencia a estos.

TIPOS DE SENSORES

Seguidamente se muestra un pequeño resumen de los diferentes tipos d sensores que podemos encontrar hoy en día.

Analógicos: parámetro sensible – magnitud física

• Resistencia R – desplazamiento, temperatura, fuerza (galgas)

• Capacidad C – desplazamiento, presencia

• Autoinducción, reluctancia L – desplazamiento (núcleo móvil)

• Efecto Seebeck – temperatura (termopar)

• Piezoelectricidad – fuerza, presión

• Dispositivos electrónicos – temperatura, presión

• Avanzados: ionización, ultrasonidos, láser, cámaras CCD, etc.

Digitales: binarios o n bits

• Fin de carrera – presencia (interruptor)

• Dilatación – temperatura (termostato)

• Resistencia, capacidad, autoinducción – presencia

• Efecto fotoeléctrico – presencia (1 bit), posición (n bits), velocidad

Seguidamente se explicará a grandes rasgos el funcionamiento de un sensor fotoeléctrico:

Un sensor fotoeléctrico es un dispositivo electrónico que responde al cambio en la intensidad de la luz. Estos sensores requieren de un componente emisor que genera la luz, y un componente receptor que “ve” la luz generada por el emisor. Todos los diferentes modos de sensado se basan en este principio de funcionamiento. Están diseñados especialmente para la detección, clasificación y posicionado de objetos; la detección de formas, colores y diferencias de superficie, incluso bajo condiciones ambientales extremas.

Los sensores de luz se usan para detectar el nivel de luz y producir una señal de salida representativa respecto a la cantidad de luz detectada. Un sensor de luz incluye un transductor fotoeléctrico para convertir la luz a una señal eléctrica y puede incluir electrónica para condicionamiento de la señal, compensación y formateo de la señal de salida.

El sensor de luz más común es el LDR -Light Dependant Resistor o Resistor dependiente de la luz-.Un LDR es básicamente un resistor que cambia su resistencia cuando cambia la intensidad de la luz. Existen tres tipos de sensores fotoeléctricos, los sensores por barrera de luz, reflexión sobre espejo o reflexión sobre objetos.

Automation production system II

En este post daremos un paso más y seguiremos adentrándonos en materia en el libro Automation Production Systems de M.P. Groover.

Esta vez, el tema a tratar será el denominado como Manufacturing Operations u operaciones de fabricación. Esta puede ser entendida desde dos puntos de vista diferentes:

- Punto de vista tecnológico: Aplicación de procesos físicos y químicos para alterar la geometría, propiedades y/o apariencia de un material de partida para hacer productos.

- Punto de vista económico: Tomando el valor como referente en todo este proceso.

INDUSTRIAS DE FABRICACIÓN Y DE PRODUCTOS

Continuando con el libro, nos encontramos con una básica clasificación de diferentes ámbitos en cuanto a tipo de producto, realizando una breve diferenciación entre los diferentes sectores.

Centrándonos en el segundo sector, nos disponemos a diferenciar entre diferentes tipos de producción.

- Producción continua: Los equipos se usan exclusivamente para un determinado producto, o productos de características muy similares. En este tipo de producción la salida de material es ininterrumpida.

- Producción en lotes: El procesamiento de los materiales será en cantidades determinadas, pero admitirá gran diversidad de productos.

OPERACIONES DE FABRICACIÓN

A lo largo del capitulo se mencionarán los siguientes tipo de operaciones de fabricación.

- Procesado y ensamblado: Se trata de modificar las propiedades físicas a través de energía (mecánica, térmica, eléctrica, química), logrando aumentar el valor del producto.

- Manejo de materiales y almacenamiento: Se  define como el movimiento y almacenaje de los materiales entre operaciones. Suele acarrear grandes perdidas y aumento de costes para las fabricas.

- Inspección y test: Controles de calidad para poder asegurar un producto de garantías.

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

CONCEPTOS LIGADOS A LA FABRICACIÓN

- Tasa de producción: Partes producidas por unidad de tiempo.

- Tiempo de ciclo de operación: Tiempo total del procesamiento de una pieza.

- Capacidad de producción: Capacidad de producción máxima para una determinada línea de producción.

- Disponibilidad: Suma de tiempos entre fallos y reparaciones.

- Manufacturing lead Time: Tiempo total ajustado del procesado de una pieza o producto.

- Costes:

· Fijos: Costes que no varían dependiendo del nivel de producción.

· Variables: Varían en función de la producción.

Automation production system

Para desarrollar el apartado de APS, tomaremos como referencia el libro Automation Production Systems de M.P. Groover, el cual podremos encontrar en versión pdf entro los materiales didácticos de la asignatura.

Esta materia tratará sobre los sistemas de producción utilizados para la manufacturación de productos y de sus componentes. Según el autor, la sistemas de producción serán conjuntos de:

• PERSONAS
• EQUIPAMIENTO
• PROCEDIMIENTOS

Los sistemas de producción estarán divididos en dos grandes grupos como podemos ver a continuación.

• FACILITIES: Hace referencia a las instalaciones del sistema de producción.
• MANUFACTURING SUPPORT SYSTEMS: Procedimientos y conocimientos utilizados durante el proceso de producción. Será el Know-How de la empresa acerca relacionado con estos sistemas.

PRODUCTION SYSTEMS FACILITIES:

Entre otros puntos de importancia, a lo largo de libro se analizarán temas como la correlación entre la variedad de productos y la cantidad de estos. Como podemos apreciar en las siguiente grafica, esta relación será inversa, es decir a mayor profundidad de gama, menor cantidad de cada producto encontraremos en cada uno de ellos.

A continuación se detallará como deberá organizarse cada línea de producción dependiendo en todo momento de la cantidad de producto que este sea tratado.

• Producción de pequeñas cantidades:

La clave para este tipo de producción será la flexibilidad, y también la polivalencia de los operarios del sistema producción. En el caso de que se trate de un producto de gran peso, este se mantendrá quieto en el lugar (Fixed position).

Los componente se almacenarán en la propia fábrica donde se realiza el proceso, y serán clasificados por tipos como se puede ver a continuación.

• Producción de cantidades medianas:

En este caso se deberán diferenciar dos casos, situaciones con gran variedad de productos, y situaciones en las que la variedad de producto sea baja.

Cuando exista una gran variedad de productos, se optará por una producción por lotes. Cuando la variedad de producto es baja en cambio, se optara por configurar la línea de forma que los diferentes productos puedan ser desarrollados con la misma disposición. Esto será conocido como distribución celular (Celular layout), que podemos ver a continuación.

• Producción de grandes cantidades:

Finalmente si la cantidades producidas son muy elevadas existiran dos diferentes opciones, Quantity Productions y Flow Line Productións. La disposición de la linea en este ultimo caso será el que se puede apreciar en la siguiente imagen.

Finalmente, y como resumen de lo comentado hasta el momento, en la siguiente grafica prodremos ver como quedan repartidas las diferentes disposiciones de lso sitemas de producción dependiendo como se comentaba desde un inicio del la cantidad y la variedad de producto producido.

Manufacturing glossary

A continuación se resume lo visto acerca de manufacturing glossary text.A través del siguiente link tendremos acceso a la información sobre el tema vista en aula: Manufacturing glossary text 

Se deberá tener en cuenta que los puntos clave para la simulación son:

·  La necesidad de cantidad de equipos y personal.

·  Localización y tamaño de los buffer.

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

·  Evolución del efecto de nuevas piezas de tipo a un sistema de fabricación.

·  Evaluación del capital invertido.

·  Planificación de los recursos de trabajo.  

·  Número, tipo y disposición física de los elementos de transporte etc.

Además, a través del siguiente link se tendrá acceso a información sobre Simulation of Manufacturing Systems, en el cual se dará información valiosa acerca de la simulación de procesos de producción. 

Células flexibles, reles y procesos de fabricación

• CÉLULA FLEXIBLE SMC.

La célula flexible a la que haremos referencia, estará formada por 8 estaciones diferentes. En cada una de ellas se llevará a cabo un acción diferente del proceso automatizado.

Las estaciones serán las siguientes:

1. Alimentación de la base.

2. Montaje rodamiento.

3. Prensa hidráulica.

4. Inserción del eje.

5. Colocación de la tapa.

6. Montaje de tornillos.

7. Robot atornillador.

8. Almacén conjuntos terminados.

A continuación se explicará más en detalle la estación numero uno de dicha célula flexible.En primer lugar, la estación estará formada por los siguientes elementos:

• Actuadores: 6 cilindros neumáticos controlados por electroválvulas.

• Sensores: detectores magnéticos

• Pulsadores de marcha, paro y rearme.

• Selector ciclo, seccionador, seta emergencia.

• Piloto indicador error.

• PLC con 13 entradas y 10 salidas. 

En cuanto a las operaciones que serán desarrolladas en dicha estación destacaremos:

• Sacar la base del almacén (cilindro A)

• Verificar posición correcta (cilindro V)

• Trasladar base al manipulador (cilindro T)

• Rechazar base incorrecta (cilindro R)

• Insertar base en palet (cilindros MH y MV)

• ELEMENTOS DE CONTROL

Seguidamente se muestran los elementos de control mencionados en clase.

• EL RELÉ

Al referirnos a un relé, estamos hablando de un interruptor accionado por un electroimán. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.

El electroimán estará formado una barra de hierro, llamada núcleo, rodeada por una bobina de hilo de cobre como podemos ver en la siguiente imagen.

Al pasar una corriente eléctrica por la bobina el núcleo de hierro se magnetiza por efecto del campo magnético producido por la bobina, convirtiéndose en un imán tanto más potente cuanto mayor sea la intensidad de la corriente y el número de vueltas de la bobina. Al abrir de nuevo el interruptor y dejar de pasar corriente por la bobina, desaparece el campo magnético y el núcleo deja de ser un imán.

A continuación se muestra un breve resumen de los diferentes tipos de réles que se pueden encontrar:

1. Relés electromecánicos.
2. Relés de estado sólido.
3. Relés de corriente alterna.
4. Relés de laminas.

Las funciones lógicas de los con relés son mostrados a continuación.

• PROCESOS DE FABRICACIÓN

Un proceso de fabricación o producción es un sistema de acciones que se encuentran interrelacionadas de forma dinámica y que se orientan a la transformación de ciertos elementos. De esta manera, los elementos de entrada (materias primas) pasan a ser elementos de salida (productos), tras un proceso en el que se incrementa su valor.


El listado mostrado a continuación resume los tipos de procesos de fabricación que podemos encontrar hoy en día.

A) Tecnología mecánica:

• Moldeo
• Fundición
• Pulvimetalurgia
• Moldeo por inyección
• Moldeo por soplado
• Moldeo por compresión
• Conformado o deformación plástica.
• Laminación
• Forja
• Extrusión
• Estirado
• Conformado de chapa
• Encogimiento
• Calandrado
• Procesos con arranque de material
• Mecanizado
• Torneado
• Fresadora
• Taladrado
• Electroerosión
• Tratamiento térmico
• Templado
• Revenido
• Recocid
• Nitruración
• Sinterización
• Tratamientos superficiales; Acabado
• Eléctricos
• Electropulido
• Abrasivos
• Pulido

B) Tecnología química

• Procesos físicos
• Procesos químicos
• Tratamientos superficiales
• Pasivado