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TESINA

Automatización de línea de producción con paletizado de rejillas.

QUE PRESENTA

C. Misael Molina Jiménez

EN CUMPLIMIENTO PARCIAL DE LA

ESTADÍA PRÁCTICA DE

INGENIERÍA MECATRÓNICA

ASESOR ACADÉMICO

Ing. Rolando Lizárraga Bañuelos

ASESOR EXTERNO

Ing. Jorge Abraham Peña

ORGANISMO RECEPTOR

IDTec Automatización

Mazatlán, Sin. 11 de Diciembre de 2015

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Resumen

“Automatización de línea de producción con Paletizado de Rejillas”

Misael Molina Jiménez

Unidad Académica de Ingeniería en Mecatrónica

Universidad Politécnica de Sinaloa

Mazatlán, Sinaloa, Diciembre 2016

Asesor: Ing. Rolando Lizárraga Bañuelos

Asesor externo: Ing. Jorge Abraham Peña

El proyecto consiste en la automatización de una línea de Palatización de celdas de ácido-plomo dentro de estaciones que cuentan con layers para el acomodo o paletizado de las celdas, un sistema de transporte para su fácil retirado y cortinas de seguridad para otorgar acceso al operador a la celda sin que este corra riesgo alguno.

Todo esto se realiza con la ayuda de un ROBOT de 6° de libertad, este encargado de realizar el traslado y paletizado de las celdas de ácido-plomo en los layers de cada estación.

Un conveyor o transportador de cadenas, que transporta las celdas de ácido-plomo hasta el punto especificado con ayuda de sensores de presencia para que el robot pueda acceder a ellas.

Gabinetes y registros con componentes de seguridad, los gabinetes eléctricos y de control cuentan con componentes de seguridad esto para prevenir fallos o ruido en las señales y limitar riesgos.

Pantalla HMI, este componente facilita el acceso a distintas funciones y menús permitidos por la empresa para que el operador pueda controlar y checar el funcionamiento del sistema.

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Índice

I. Introducción

II. Marco Teórico

2.1. PAC (control de automatización programable)

2.2. Point I/O de Seguridad

2.3. Robot

2.4. Drives (Variadores de seguridad)

2.5. Switch Ethernet

2.6. HMI

2.7. Como identificar un componente de seguridad y ¿qué es?

III. Desarrollo del Proyecto

3.1. Necesidad del cliente

3.2. Diseño mecánico

3.3. Instrumentación

3.4. Automatización

IV. Bibliografía

V. Conclusión

VI. Glosario

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Índice de figuras

Figura1.1. PAC

Figura 1.2. PLC

Figura 1.3. Point I/O de Seguridad

Figura 1.4. Point I/O

Figura 1.5. Robots Fanuc

Figura 1.6. Drive (Varinder Allen Bradley).

Figura 1.7. Switch Ethernet Allen Bradley

Figura 2.8. HMI (Panel View)

Figura 1.9. Dispositivos de seguridad

Figura 1.10. Conveyor SolidWorks

Figura 1.11. FluidSim

Figura 1.12. AutoCAD

Figura 1.13. Programación Escalera

Figura 1.14. Teachpendant

Figura 1.15. AutoCAD electrical

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I. Introducción

IDTec automatización es una empresa que se enfoca en brindar sistemas

confiables y de gran nivel que sean capaces de cumplir requerimientos de calidad y

performance, teniendo en cuenta que IDTec es una empresa Mecatronica que posee

la capacidad de administración de proyectos, diseño, programación, fabricación y

ensamble de estos sistemas

En los últimos años la tecnología ha ido avanzando y junto con ella las industrias

cada día poseen las herramientas para brindar un mejor servicio en menor tiempo

tanto producción como innovación en sus productos o servicios y la automatización

es un factor importante en este avance porque al mismo tiempo la automatización

ayuda a reducir riesgos de oxidantes en el trabajo a los trabajadores u operadores de

ellos evitando que el trabajador interactúe lo mínimo hombre-máquina.

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II. Automatización industrial

Es el uso de sistemas o elementos computarizados y electromecánicos para controlar maquinarias o procesos industriales. Como una disciplina de la ingeniería más amplia que un sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que incluye los sensores, los transmisores de campo, los sistemas de control y supervisión, los sistemas de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar y controlar las operaciones de plantas o procesos industriales.

2.1. Controlador de Automatización Programable (PAC)

El PAC es un controlador de Automatización programable, es decir “un sistema

computarizado que puede ser programado para controlar automáticamente la lógica

de funcionamiento de máquinas, plantas y procesos”.

El PAC facilita la solución de problemas de automatización y control en las

industrias. Es un dispositivo muy flexible y de gran capacidad de procesamiento que

se puede adaptar a cualquier tipo de requerimiento, ayudando a mejorar los niveles

de producción de una planta.

La secuencia básica de operación del PAC es:

• Lectura de señales desde la interfaz de entradas.

• Procesado del programa para obtención de las señales de control.

• Escritura de señales en la interfaz de salidas.

El PAC está constituido por cuatro elementos principales:

• Fuente de Alimentación

• CPU

• Memoria

• Módulos de Entradas y Salidas

• Módulos de Comunicación

Otros componentes que permiten su operación son:

La unidad de programación, los dispositivos periféricos y algunos módulos especiales, dependiendo de la aplicación.

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• Fuente de alimentación “Proporciona el voltaje y la corriente necesaria para el funcionamiento del CPU y las diferentes tarjetas del PAC”, están conectadas a través de un bus interno. La tensión es normalmente 110/220Vac de entrada y 24Vdc de salida. La fuente de alimentación incorpora una batería que se utiliza como energía de respaldo de corta duración. La alimentación a los circuitos E/S se realiza en circuitos independientes con otras fuentes o directamente del transformador a 110/220 VAC o 24 VDC, ya que las E/S necesitan más potencia.

• CPU La Unidad de Procesamiento Central es la parte inteligente del sistema. Consulta el estado de las entradas e interpreta las instrucciones del programa de usuario para ordenar la activación de las salidas correspondientes. El CPU realiza una gran cantidad de operaciones: lógicas, aritméticas, de control y de transferencia de información.

• Memoria, Las memorias guardan la información con la que funciona el PAC. Esta información es la de sistema (firmware) y la de usuario. El firmware es un programa grabado por el fabricante que establece la lógica de más bajo nivel que controla los circuitos electrónicos de un dispositivo. La información de usuario es la que el PAC necesita para ejecutar el control y la constituyen los datos del proceso y los datos de control. O memoria interna Almacena los datos del proceso como son el estado de las variables que maneja el controlador, imágenes de E/S, contadores, relés internos, señales de estado, datos alfanuméricos, temporizadores, constantes, información para las comunicaciones. Las variables contenidas en la memoria interna, pueden ser consultadas y modificadas continuamente por el programa por lo que se construye con dispositivos RAM. O memoria de programa Almacena los datos de control, entre estos tenemos el programa escrito por el usuario para su aplicación, las instrucciones de usuario, la configuración del PAC, y el número de E/S.

• Módulos de comunicación Permiten el tráfico de datos entre las interfaces de operador, las máquinas y los PAC, es decir entre todos los componentes del sistema de automatización. Se usan módulos para comunicaciones individuales punto a punto, multipunto o para la integración de la red. Los módulos de comunicación pueden ser:

• Modulo de comunicación Punto a Punto (Ej: RS232)

• Módulos de comunicación Multipunto (Ej: RS422, RS485)

• Módulos de red Propietarias (Ej: Modbus, DeviceNet)

• Módulos de red Comerciales basados en normas internacionales (Ethernet). Módulos Comunicaciones y Red en Controladores Lógicos Programables y Controladores de Automatización Programables.

Figura1.1 PAC Figura 1.2 PLC

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2.2. Point I/O de seguridad

Es un dispositivo de seguridad que cuentas con salidas y entadas de seguridad

esto quiere decir que sus la función que realiza es limpiar el ruido que hay o pudiese

tener una señal tanto como de entrada o salida esto para eliminar cualquier fallo a la

hora de manejar una señal.

Para poder utilizar un dispositivo Point I/O de seguridad es necesario contar con

un controlador compatible con los sistemas de seguridad esto quiere decir que

nuestro PLC o PAC deben ser compatibles con seguridad.

En la actualidad existen 2 tipos generales de Point I/O los cuales son Point I/O y

Point I/O de seguridad de estos dos parten distintos modelos que se adaptan a la

necesidad del cliente o de la función que se desee utilizar en estos.

Estos dispositivos cuentan con Conexión Ethernet para una mejor comunicación

con los dispositivos compatibles.

Figura 1.3. Figura 1.4. Point

I/O de Seguridad Point I/O

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2.3. Robot

Un robot industrial es un manipulador multifuncional reprogramable, capaz de

mover materias, piezas, herramientas, o dispositivos especiales, según trayectorias

variables, programadas para realizar tareas diversas.

Clasificación de los Robots industriales

La maquinaria para la automatización rígida dio paso al robot con el desarrollo de

controladores rápidos, basados en el microprocesador, así como un empleo de

servos en bucle cerrado, que permiten establecer con exactitud la posición real de

los elementos del robot y establecer el error con la posición deseada. Esta evolución

ha dado origen a una serie de tipos de robots, que se citan a continuación:

Manipuladores

Robots de repetición y aprendizaje

Robots con control por computador

Robots inteligentes

Micro-robots

Los robots utilizados preferentemente en la industria no cuentas con herramienta o

Grippers esto para que se le pueda adaptar cualquier tipo de herramienta.

Existen diferentes modelos con capacidades específicas como velocidad, fuerza,

grados de libertad y tamaños para distintos tipos de tareas

Figura 1.5. Robots Fanuc

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2.4. Drives (variadores de seguridad)

Los Drives o variadores son dispositivos que se utilizan para el control de un motor

regulando la frecuencia de este cuentan con distintos comandos y funciones

dependiendo del modelo o tipo estos son compatibles con sistemas de seguridad

Clasificación de potencia de 0.4 a 22 kW / 0.5 a 30 Hp en voltajes globales de 100

a 600 V

Cuenta con un diseño modular con un núcleo de control desmontable e innovador

que permite la instalación y la configuración del software de forma simultánea.

Ofrece un amplio rango de control de motores, incluidos los volts por Hertz, el

control vectorial sin sensores y el control vectorial de velocidad de bucle cerrado

Admite una integración transparente con el entorno Logix y redes EtherNet/IP con

EtherNet/IP incorporada.

Opera temperaturas ambiente altas hasta de 70 °C (158 °F) con reducción del

régimen nominal de corriente y un juego de ventiladores de módulo de control.

Ofrece una medida compacta en relación con su rango de potencia y montaje Zero

Stacking con ranuras de flujo de aire de 50 mm.

Brinda un control de motores de imanes permanentes para mejorar la eficiencia de

la energía y reducir los costos relacionados

Cuenta con desconexión de par segura, la cual tiene certificación PLd/SIL2 Cat 3;

desconecta la potencia de rotación al motor sin desconectar la alimentación eléctrica

desde el variador para una puesta en marcha más rápida después de una demanda

en el sistema de seguridad.

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Figura 1.6. Drive (Variador Allen Bradley).

2.5. Switch Ethernet

Cada Switch Ethernet Industrial dispone de sistema de conexión que pueden ser

de tipo RJ45, M12 o fibra óptica. Esto para hacer posible comunicación entre 2 o más

dispositivos industriales

Figura 1.7. Switch Ethernet Allen Bradley

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2.6. HMI Panel View

HMI es una pantalla táctil que permite al operador o usuario un menú accesible y

fácil de usar para tener una mejor comunicación con el sistema

Figura 1.8. HMI (Panel View)

2.7. Como identificar un componente de seguridad y ¿qué es?

Un componente de seguridad cuenta con el mismo funcionamiento que un

componente sin seguridad la diferencia entre ambos funcionalmente son las

siguientes:

Un dispositivo de seguridad corrige las señales evitando así ruido en la señal o

variantes de esta misma.

Son más precisos a la hora de recibir señales, ejemplo si la señal no es 0 o 24V

este no reaccionara evitando riesgos en el proceso, sin embargo este cuenta con un

rango donde si la señal se encuentra dentro de él, amplificara la señal debilitada

haciendo la función de un repetidor de señal.

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Físicamente la diferencia entre uno u otro es la siguiente los dispositivos de

seguridad cuentan con una línea roja en algunos casos o con este mismo color en la

mayor parte de su carcasa fácil de distinguir.

Los dispositivos de seguridad cuentan con una figurita como se muestra en la

siguiente imagen

Figura 1.9. Dispositivos de seguridad

III. Desarrollo del proyecto

3.1. Necesidad del Cliente

En base a la necesidad del cliente se plantea una solución a ese problema y se

elige la mejor opción que tanto como el cliente y la empresa estén de acuerdo que es

la indicada.

Teniendo en cuenta la idea y el funcionamiento de este a continuación el siguiente

paso es diseñar tanto lo mecánico como lo eléctrico.

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3.2. Diseño Mecánico

Dentro de lo que es diseño mecánico se inicia buscando los componentes que se

necesitan de catálogos seleccionando así la mejor opción para el proyecto, también

se diseña la herramienta para el robot. Una vez teniendo lo necesario, se sigue con

el siguiente paso que es diseñar el proyecto en 3D utilizando el programa Solidworks

que es una herramienta muy buena a la hora de hacer diseños 3D ya que cuenta con

muchas herramientas útiles para este tipo de trabajos

Figura 1.10. Conveyor SolidWorks

Una vez terminado el diseño de cada pieza y o componente que es necesario, se

utiliza la herramienta de ensamble que proporciona SolidWorks y de esta forma

realizar una pequeña simulación o prevista al diseño del proyecto.

Cuando el ensamble 3D sea el esperado, se realizan planos con medidas en el

programa AutoCAD para la fabricación del diseño, es importante recalcar que estos

planos deben de contar con todas las medidas necesarias para que no tenga

problema alguno con su fabricación.

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Dentro del diseño mecánico también nos encontramos con el diseño

neumático este se realiza con la ayuda del programa Fluidsim

.

Figura 1.11. FluidSim

Una vez terminado el diagrama neumático este se exporta a AutoCAD donde se

colocan los modelos de cada uno de los componentes dando así una etiqueta a cada

parte del diagrama.

Figura 1.12. AutoCAD

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3.3. Instrumentación

Dentro del departamento de instrumentación se realiza el ensamblado de los

componentes eléctricos y mecánicos, para realizar las pruebas necesarias una vez

que todo esté listo.

Realizan el chequeo final a todas y cada una de las conexiones de los gabinetes y

registros con los que cuenta el proyecto así como el armado de la herramienta o

Gripper del robot

3.4. Automatización

El departamento de automatización cuenta con diferentes grupos por ejemplo:

Programación PAC

Programación Robot

Diseño de circuitos eléctricos

Cada uno de estos grupos está encargado de distintas áreas dentro del proyecto

Programadores de PAC y PLC manejan lenguaje tipo escalera ya que actualmente

en la industria es la mejor opción en programación ya que es fácil de comprender y

manejar.

Figura 1.13. Programación Escalera

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Programadores de Robot Manejan lenguaje tipo ensamblador que proporciona el

proveedor del robot cada robot cuenta con un Teachpendant

Figura 1.14. Teachpendant

Los programadores de robot y programadores de PAC o PLC Realizan Pruebas de

conexión y comunicación entre ambos dispositivos ya que es muy importante que no

tenga fallo alguno entre la comunicación de ambos equipos.

Diseño de circuito eléctrico este grupo se encarga de diseñar los diagramas de

conexión de todo el sistema eléctrico utilizando AutoCAD eléctrical

1.15. AutoCAD electrical

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IV. Bibliografía

(Libros)

Antonio Creus Solé. (2010). Instrumentación Industrial. Barcelona,

España: MARCOMBO.

Josep Balcells Sendra / José Luís Romeral. (2000). Automatas

Programables. Barcelon, España: MARCOMBO.

(Páginas de internet)

Drives Manual Allen Bradley PDF

URL

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documen

ts/um/20b-um002_-en-p.pdf

HMI Manual Allen Bradley PDF

URL

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documen

ts/um/2711c-um001_-es-p.pdf

PAC PDF

URL

http://www.wmea.net/Technical%20Papers/Allen%20Bradley%20Pro

grammable%20Automation%20Controllers%20-%20Nov%2008.pdf

ROBOT FANUC Manual PDF

URL

http://www.infoplc.net/files/descargas/fanuc_robotica/infoPLC_net_M

anualFANUCR-J3iB.pdf

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V. CONCLUSION

Hoy en día las empresas han comenzado a actualizar sus procesos de

producción que anteriormente eran más lentos y menos eficientes, y han

apostado por el uso de dispositivos más actuales y más eficientes

Este proyecto es un buen ejemplo del avance que ha tenido la automatización

dentro de las empresas y los resultado son notables tanto que las empresas

optan por automatizar parte de su producción y ahí estar innovando

constantemente.

Este proyecto tubo resultados positivos tanto para el cliente como para IDTec

cumpliendo así con todas las necesidades y abriendo oportunidad a una

innovación del mismo proyecto para el cliente.

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VI. Glosario

FANUC. Empresa fabricante de robots industriales.

HMI. Interfaz Humano Maquina.

PLC. Control lógico programable.

PAC. Control de Automatización Programable

DRIVES. Variador de frecuencia para motores AC

POINT I/O. Dispositivo de entradas y salidas de señales