CLASE 24/04/2012

AUTÓMATAS PROGRAMABLES

CONCEPTO DE "PLC"

 

 

Un PLC es un equipo electrónico programable que permite almacenar una secuencia de ordenes (programa) en su interior y ejecutarlo de forma cíclica con el fin de realizar una tarea.

 

Trabaja en base a la información recibida por los captadores y el programa lógico interno, actuando sobre los accionadores de la instalación.

 

Los PLC actuales pueden comunicarse con otros controladores y computadoras en redes de área local, y son una parte fundamental de los modernos sistemas de control distribuido.

 

LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN

 

Existen varios 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.

Un lenguaje más reciente, preferido por los informáticos y electrónicos, es el FBD (en inglés Function Block Diagram) que emplea compuertas lógicas y bloques con distintas funciones conectados entre si.

Lenguajes incluidos en la norma IEC 1131-3:

• Ladder Diagram
• Structured Text
• Functional Block
• Instruction List
• Sequential Function Chart

 

 

ASPECTO TÍPICO DE UN AUTÓMATA PROGRAMABLE

 

 

 

ARQUITECTURA TÍPICA DE UN AUTÓMATA PROGRAMABLE

 

 

 

 

 EJEMPLO DE ARQUITECTURA

 

 

 

¿CÓMO TRABAJA UN PLC?

 

 

Un autómata programable ejecuta un programa almacenado en memoria, de modo secuencial y cíclico, en base a lo que suele denominarse ciclo de scan.

 

• Primero se actualizan las salidas del autómata con los valores de los registros internos asociados y a continuación las entradas se chequean y sus valores se almacenan en los registros asociados a las mismas.
• A continuación se ejecuta el programa con los datos almacenados en los registros internos.

• El tiempo necesario para completar un ciclo de scan se llama tiempo de scan, transcurrido el cual puede haber un periodo de tiempo inactivo idle.

 

TIPOS DE CABLEADO

 

 

 

 

 

 Exposición de trabajos de simulación:

• Montaje de Aerogeneradores
• Fabricación de Frigoríficos

CLASE 17/04/2012

NEUMÁTICA

En cualquier proceso de producción industrial se utilizan diferentes tipos de energía:

• Humana
• Eléctrica
• Hidráulica
• Neumática

La neumática estudia el comportamiento del aire comprimido mediante presión y sus efectos mecánicos.  

CIRCUITO NEUMÁTICO

Dispositivo formado por un conjunto de elementos unidos entre si a través de los cuales puede circular el aire comprimido.

Componentes de un circuito neumático:

• Grupo compresor: Suministra la presión necesaria al aire para que pueda circular por el circuito.
• Tuberías: Canalizan el caudal de aire hasta los elementos de trabajo.
• Actuadores neumáticos: Son los que desarrollan el trabajo. Se denominan cilindros.
• Elementos de distribución: Permiten o impiden el paso de aire y lo suministran a los distintos elementos de trabajo. Se denominan válvulas.
• Elementos auxiliares: Desempeñan distintas funciones: protección, regulación,...Los más usados son los dispositivos antirretorno y los reguladores de caudal.

GRUPO COMPRESOR

• Compresor: Es el elemento básico del grupo. Su función es la de aumentar la presión del aire del sistema. Suele ir provisto de un filtro para eliminar las impurezas.
• Motor auxiliar: Se encarga de comunicar el movimiento de rotación al eje del compresor.
• Refrigerador: Se encarga de disminuir la temperatura del aire a la salida del compresor.
• Depósito: En caso necesario, se dispone de un depósito a la salida del refrigerador para almacenar aire comprimido y utilizarlo cuando sea necesario.
• Unidad de mantenimiento (conjunto FRL): La calidad del aire es esencial para el buen funcionamiento y mantenimiento de las instalaciones neumáticas. Esta calidad se consigue mediante tres operaciones: filtración, regulación y lubricación.

TUBERÍAS

Son las conducciones que forman la red de distribución del aire comprimido.

Suelen ser de acero o latón, excepto en las portátiles que pueden ser de plástico o caucho.

Se instalan con una pequeña inclinación (1,5º) para que el vapor de agua condensado no se almacene en ningún punto.

Se representan simbólicamente mediante líneas continuas que unen los distintos elementos del circuito neumático.


ACTUADORES NEUMÁTICOS

Transforman la energía acumulada en aire comprimido en energía mecánica mediante un movimiento rectilíneo o de vaivén.

 

• Tubo de sección constante, cerrado por sus extremos.
• En su interior se desliza un émbolo solidario con un vástago.
• El émbolo divide al cilindro en dos volúmenes llamados cámaras.
• Hay una abertura en cada cámara para que entre y salga el aire.

La capacidad de trabajo de los cilindros viene determinada por:

• Carrera: Desplazamiento que efectúa el émbolo en el interior del cilindro. De ella depende la longitud del vástago.
• Diámetro: Determina la superficie del émbolo.

CLASIFICACIÓN DE LOS ACTUADORES NEUMÁTICOS

•  Cilindros de simple efecto: El desplazamiento del émbolo por acción del aire comprimido tiene lugar sólo en el sentido de la carrera de avance. El retroceso se consigue gracias a la intervención de otra fuerza interna o externa, generalmente por la acción de un muelle de retorno en el interior del cilindro.

EL CILINDRO SÓLO REALIZA TRABAJO EN EL SENTIDO DE LA CARRERA DE AVANCE.

• Cilindros de doble efecto: El desplazamiento del émbolo por acción del aire comprimido se lleva a cabo en los dos sentidos, en la carrera de avance y de retroceso. Esto supone la existencia de aberturas de alimentación en cada una de las dos cámaras.

 EL CILINDRO  REALIZA TRABAJO EN LOS DOS SENTIDOS, AVANCE Y RETROCESO.

SIMBOLOGÍA DE LOS ACTUADORES NEUMÁTICOS

COMPARACIÓN CILINDROS DE SIMPLE/DOBLE EFECTO

Los cilindros de doble efecto son los más utilizados a nivel industrial, ya que presentan grandes ventajas respecto a los de simple efecto:

• Pueden desarrollar trabajo en ambos sentidos del movimiento.
• No hay pérdida de esfuerzo por compresión del muelle de retorno.
• Su régimen de funcionamiento se puede ajustar con mucha precisión.
• La carrera, tanto de avance como de retroceso, corresponde a toda la longitud del cilindro.

ELEMENTOS DE DISTRIBUCIÓN Ó VÁLVULAS

Elemento que dirige y regula el paso de aire comprimido.

Las válvulas reguladoras se encargan de interrumpir, dejar pasar o desviar el aire comprimido.

Identificación de válvulas:

Tipo de válvula: número de orificios ó vías para el aire de que dispone y la segunda, el número de posiciones de que dispone.

Sentido de circulación del aire: se indica mediante flechas que se insertan en el interior de cada cuadro.

Tipo de conexiones a las tuberías:

• Si es una fuente de aire comprimido:    

         

• Si es una salida libre:

Modos de mando y retorno: se representan a izquierda y derecha respectivamentre y se simbolizan de diferente modo según tipo

ELEMENTOS AUXILIARES

Desempeñan funciones de regulación y control.

Las más habituales son:

Antirretorno: Permiten la circulación de aire por las tuberías en un determinado sentido y la impiden en el contrario. Están formadas por un resorte unido a la pieza de cierre.

• En posición de reposo, paso de aire bloqueado.
• En sentido permitido, la presión del aire vence a la resistencia del resorte y se abre la conducción.

De doble efecto o selectora de circuito: Tres orificios de entrada de aire y un pistón que se desplaza para bloquear alternativamente una u otra entrada.

Reguladoras de caudal: Disponen de un tornillo mediante el que se aumenta o disminuye la sección del conducto, permitiendo la regulación del caudal que circula.

CLASE 03/04/2012

1) SISTEMA DE CONTROL

El círculo señalado en la figura es lo importante. La esencia del control es la resta (comparar). Con ello se puede saber si la entrada es mayor a la salida o al revés.

El objetivo del control es que Y = U.

2) SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN

SENSORES

DEFINICIÓN

Un sensor es un dispositivo que está capacitado para detectar acciones o estímulos externos y responder en consecuencia. Estos aparatos pueden transformar las magnitudes físicas o químicas en magnitudes eléctricas.

PARTES DE UN SENSOR

• Captador: Capta la señal de energía y la manda al transductor.

• Transductor: Recibe energía del captador, la transforma en energía eléctrica y la retransmite.

• Acondicionador: Recibe la señal procedente del transductor, y ajusta los niveles de voltaje e intensidad precisos para su posterior tratamiento.

TIPOS DE SENSORES

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, presi´n
• 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

  

SENSORES BINARIOS O DE PRESENCIA

POLÍMETRO 

Un polímetro, es un aparato capaz de realizar varias mediciones. Dentro del instrumento se distinguen 3 mediciones.

• Ohmetro: es un instrumento para medir la resistencia eléctrica.

• Voltímetro: es aquel aparato o dispositivo que se utiliza a fin de medir, de manera directa o indirecta, la diferencia potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.
• Amperímetro: es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico.

  

CLASE 27/03/2012

OPERACIONES DE FABRICACIÓN

  

FABRICACIÓN: Aplicar procesos para alterar las propiedades físicas, químicas, de aspecto, geométricas etc. de la materia para trasformarla en partes o producto final.

 

  

INDUSTRIAS DE FABRICACIÓN Y PRODUCTOS

 

• Industrias primarias: explotan recursos naturales.
• Industrias secundarias: fabrican productos a través de los recursos.
• Industrias terciarias: prestan servicios.

 

TIPOS DE PRODUCCIÓN

 
• CONTINUO: se caracteriza porque el ritmo de producción es acelerado y las operaciones se ejecutan sin interrupción. Como el producto es siempre el mismo a lo largo del tiempo, el proceso de producción no sufre cambios y puede ser perfeccionado continuamente.
 
• EN LOTES: se produce una cantidad limitada de un producto cada vez, que se denomina lote de producción. Cada lote se mide para atender a un determinado volumen de ventas previsto para un determinado tiempo, o para un cliente específico.

  
OPERACIONES DE FABRICACIÓN 

 Proceso y Ensamblaje

Se transforma la materia de un estado a otro. Hay distintos tipos de operaciones:

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

Manejo y almacenaje de materias

 

Consiste en el transporte de materiales. Es importante que sea eficiente para que el stock no sea excesivo.

Inspección y test

Control de calidad, toma de muestras y posterior análisis de estas.

Coordinación y control

Regulación de los procesos y organización de actividades de la empresa.

RELACIÓN PRODUCTO - PRODUCCIÓN

Es la relación existente entre la cantidad de producción y la variedad de productos del mercado.

Según la complejidad del producto:

• Proceso
• Ensamblaje
• Combinación de ambos

MODELOS MATEMÁTICOS Y DE COSTES EN LA EMPRESA

Tasa de producción: cantidad de productos realizados en un tiempo.

Tiempo de ciclo: tiempo que tarda en completarse un ciclo de producción.

Capacidad de producción: tasa máxima de producción factible.

Utilización: la cantidad realmente producida por la planta en relación a su capacidad.

Disponibilidad: medida de la fiabilidad de la maquinaria.

Lead time: es el tiempo que pasa desde el comienzo del proceso de producción hasta su finalización.

Costes

• Costes fijos: son aquellos costos que permanecen constantes durante un periodo de tiempo determinado, sin importar el volumen de producción.   


• Costes variables:  son aquellos que se modifican de acuerdo con el volumen de producción, es decir, si no hay producción no hay costos variables y si se producen muchas unidades el costo variable es alto.


• Costes de amortización: los derivados de disponer de maquinaria vieja amortizada o nueva por amortizar.

1. Tasa de producción.

2. Tiempo de ciclo de operación.

3. Capacidad de la producción.

4. Utilización.

5. Disponibilidad.

6. Time in System.

7. Inventario (WIP).

8. Costes variables y fijos.

9. Coste del equipo - Amortización

CLASE 20/03/2012


En la clase de hoy, hemos estado revisando el siguiente documento de los materiales didácticos de la asignatura:

Automation Production Systems. M.P. Groover.pdf

 

 

 

CLASE 13/03/2012

EJEMPLOS EN ANYLOGIC

En la clase de hoy hemos visto algunos ejemplos de simulación en Anylogic. A continuación se muestran otros ejemplos:

Steel Converter Simulation

Harvest Simulation Model

Simulation Software AnyLogic - Disctete Event Manufacturing Model

PRÁCTICA 5 (08/03/2012)

PRÁCTICA 2: Metodología Grafcet para la programación de autómatas.

Ejercicio 1: 

En este primer ejercicio se muestra una secuencia de pasos a programar con su grafcet. Es un modelo para después en el ejercicio 2 ponerlo en práctica.  

GRAFCET:

PRÁCTICA 2: Metodología Grafcet para la programación de autómatas.

Ejercicio 2:

• Cuando se presione el botón marcha, se ha de poner una pieza en el palet si la pieza está en la posición correcta. Si la pieza está al revés se ha de desechar.

GRAFCET:

En la siguiente práctica se comprobará si el grafcet esta bien realizado. Además se llevará a cabo en el ordenador y se probará.

CLASE 06/03/2012

PROCESO DE MECANIZADO

El mecanizado, es un proceso de fabricación que comprende un conjunto de operaciones de conformación de piezas mediante la eliminación de material, ya sea por arranque de viruta o por abrasión.

Se realiza a partir de productos semielaborados como lingotes, tochos u otras piezas previamente conformadas por otros procesos como moldeo o forja. Los productos obtenidos pueden ser finales o semielaborados que requieran operaciones posteriores.

PROCESO DE MONTAJE

El montaje, es el proceso mediante el cual se emplaza cada pieza en su posición definitiva dentro de una estructura.

 

RELÉ

Un relé es un interruptor accionado por un electroimán.

Funcionamiento del relé:

Un electroimán está formado por una barra de hierro dulce, llamada núcleo, rodeada por una bobina de hilo de cobre. 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.

ÁLGEBRA DE BOOL

Álgebra de Boole, también llamada Retículas booleanas, 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.

   

Ejemplos

0 = Abierto

1 = Cerrado

En este primer ejemplo para que la lámpara se encienda ambos interruptores deben estar activados.

Por el contrario, en este otro ejemplo con encender uno de los interruptores ya se encendería la lámpara.

ENCENDIDO DE LA LÁMPARA DESDE DOS POSICIONES

La solución es el punto de luz conmutado, el cual puede ser encendido desde dos posiciones distintas, estando conectado a dos conmutadores.

Un conmutador es un mecanismo que permite el paso de la corriente, alternativamente, hacia dos salidas diferentes. Esta formado por 3 bornes de conexión, siendo uno de ellos el borne común. Los dos bornes restantes son las dos direcciones que podrá tomar la corriente según tengamos la manilla en una u otra posición.

 

PRÁCTICA 4 (01/03/2012)

PRÁCTICA 1: Accionamiento de cilindros neumáticos por medio del autómata CPM2A programado en ladder.

En esta práctica nos enfrentaremos al problema sin ninguna guía previa y sin la ayuda del grafcet. En próximas prácticas se retomará dicho ejercicio con la solución del grafcet.


Ejercicio 3:

• Cuando se presione el botón marcha, se acciona movimiento del cilindro alimentador y transcurrido 2 segundos el cilindro vuelve a su posición inicial.
• Cuando se acciona el botón rearme, y si el cilindro alimentador está en su posición inicial se acciona el avance del cilindro D. Tras 3 segundos el cilindro D vuelve a su posición inicial y activa la luz de falta material en caso de que no haya bajado hasta abajo.

CLASE 28/02/2012

MÉTODO DE MONTECARLO

El método de Monte Carlo es una técnica de muestreo artificial, empleada para operar numéricamente sistemas complejos que tengan componentes aleatorios.

Para ello son realizadas diversas simulaciones donde, en cada una de ellas, son generados valores aleatorios para el conjunto de variables de entrada y parámetros del modelo que están sujetos a incertidumbre. Tales valores aleatorios generados siguen distribuciones de probabilidades específicas que deben ser identificadas o estimadas previamente.

El conjunto de resultados, producidos a lo largo de todas las simulaciones, podrán ser analizados estadísticamente y proveer resultados en términos de probabilidad. Esas informaciones serán útiles en la evaluación de la dispersión total de las apreciaciones del modelo, causado por el efecto combinado de las incertidumbres de los datos de entrada y en al evaluación de las probabilidades de ser violados los padrones de las proyecciones financieras.

APLICACIÓN CON UN EJEMPLO:

Experimento realizado tomando los datos obtenidos al girar una ruleta como los tiempos de llegada de los alumnos a clase.

A continuación se muestran los resultados obtenidos:

 DISTRIBUCIÓN UNIFORME

La distribución Uniforme es el modelo continuo más simple.

Corresponde al caso de una variable aleatoria que sólo puede tomar valores comprendidos entre dos extremos a y b, de manera que todos los intervalos de una misma longitud dentro de (a, b) tienen la misma probabilidad.

La función de densidad debe tomar el mismo valor para todos los puntos dentro del intervalo (a, b) y cero fuera del intervalo. Es decir,

.

Gráficamente:

La función de distribución se obtiene integrando la función de densidad y viene dada por:

Gráficamente:

DISTRIBUCIÓN EXPONENCIAL

Este modelo suele utilizarse para variables que describen el tiempo hasta que se produce un determinado suceso.

Su función de densidad es de la forma:

Como se puede ver este modelo depende de un único parámetro α que debe ser positivo: α > 0.