‘CONTROL Y SUPERVISION DE LLENADO DE BOTELLAS CON PLC S7-1200 Y LABVIEW (SERVIDORES OPC)’

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

Universidad Nacional de Trujillo Escuela de Ing. Mecatrónica

PROYECTO: ‘CONTROL Y SUPERVISION DE LLENADO DE BOTELLAS CON PLC S7-1200 Y LABVIEW

Presentado por:

(SERVIDORES OPC)’

Al Alva Alcantara Josmell Henry.

Barreto Vasquez Victor.

Docente:

Dr. Ing. Jorge A. Olortegui-Yume, Ph.D.

Trujillo – Perú 2014 1 DISEÑO DE SISTEMAS MECATRONICO I


AGRADECIMIENTO A Dios, por darnos la sabiduría y fuerzas para culminar con éxito nuestro proyecto. A nuestros docentes, que nos brindaron sus conocimientos, los cuales fueron la base para poder desarrollarnos como ingenieros. A nuestros compañeros, que aportaron con buenas ideas ideas y consejos. A mi grupo, que le puso mucho empeño y dedicatoria para poder tener un buen proyecto.

2 DISEÑO DE SISTEMAS MECATRONICO I


INDICE GENERAL DE CONTENIDOS. Titulo Agradecimiento Índice General de Contenidos Resumen Ejecutivo Introducción

………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………….. …………………………………………………………………......

CAPITULO I 1.1 Tema 1.2 Planteamiento del Problema. 1.3Interrogantes: 1.4Delimitacion del Objeto a estudiar. 1.5Contenidos y Justificación. 1.6Objetivo. 1.6.1 Objetivo General. 1.6.2 Objetivo específico. 1.7Aplicación.

8 8 8 8 8 9 9 9 9

CAPITULO II Descripción del Proyecto. 2.1 Diseño Mecánico. 2.1.1 Banda Transportadora. 2.1.2 Motor Dc. 2.1.3 Electroválvula. 2.1.4 Bomba hidráulica. 2.1.5 Brazo Robot. 2.1.5.1 Servomotor. 2.1.5.2 Diseño Mecanico de Brazo Robot. 2.1.6 Diseño CAD. 2.1.6.1 Diseño CAD faja Transportadora. 2.1.6.2 Diseño CAD brazo Robot. 2.2 Diseño Eléctrico Electrónico 2.2.1 Sensores y Actuadores. 2.2.1.1 Sensor Infrarrojo Fotodiodo. Fotoreceptor. 2.2.1.2 Ultrasonico 2.2.1.3 Sensor de Nivel

10 10 10 12 14 15 17 17 20 21 22 22 23 23 23 23 24 24 25 3

DISEÑO DE SISTEMAS MECATRONICO I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 2.2.2 Acondicionamiento Acondicionamiento de Señal. 2.2.3 Contactores. 2.2.4 Microcontrolador PIC Pic 16f88 2.2.5 Arduino Mega 2560. 2.2.6 Automatización Industrial. 2.2.6.1 Controlador Lógico Programable PLC. Ventajas del PLC Desventajas del PLC. 2.2.6.2 PLC Siemens 1200. PLC S7 1200 CPU 1212 AC/DC/Relay. 2.3 Diseño de Control. 2.3.1 Simulación Diseño CAD. 2.3.1.1 SolidWorks. 2.3.1.2 LabView. 2.3.1.3 Comunicación SolidWorks-LabView. 2.3.2. TiaPortalV12. 2.3.3 Proton IDE. 2.3.4 Software Arduino. 2.3.5 Control Brazo Robot –Labiew-Arduino. 2.3.6 Diseño de Sistema SCADA 2.3.6.1 Servidores OPC. 2.3.6.2 Diseño de Sistema SCADA –LabView.

26 27 28 29 30 33 33 34 34 34 36 37 37 37 40 41 42 43 45 45 46 50

CAPITULO III 3.1 Plan de Acción y cronograma de Trabajo. 3.2 recursos y presupuesto.

51 52

CAPITULO IV Conclusiones Recomendaciones:

53

BIBLIOGRAFIA

54

ANEXOS

55



PROYECTO DE DISEÑO DE SISTEMAS MECATRONICO I I.- TITULO DEL PROYECTO: “CONTROL Y SUPERVISION DE LLENADO DE BOTELLAS CON PLC S71200 Y LABIVEW USANDO SERVIDORES OPC”.

RESUMEN

Este trabajo tiene como objetivo el de dar a conocer acerca de nuevas herramientas que se utilizan en la automatización de cualquier sistema, las se están acoplando al ambiente industrial, donde cada vez se enfocan hacia sistemas automáticos de control manejados a través de circuitos lógicos programables (PLC), y se estima una creciente para años posteriores donde el control será totalmente automático con el desarrollo de sistemas inteligentes que prescindirán del operador humano, razón por la cual a través de este trabajo de investigación y aplicación queremos proporcionarles las Herramientas y los conceptos básicos del sistema y como a través de una serie de secuencias podemos obtener tal objetivo.

En este proyecto de curso, se ha diseñado un sistema sistema automático controlado por medio medio de PLC y que podrá ser visualizado por medio de un SCADA (sistema de control y adquisición de datos), realizado con LabView usando usando SERVIDOR OPC, que es un simulador simulador grafico por donde se podrá observar, monitorear y controlar el proceso en cuestión.

Además se utiliza un brazo robot, que que permitirá seleccionar, quitar la botella que no es la correcta en el proceso previa orden enviada por el PLC.

El desarrollo académico de lo ya planteado en nuestros objetivos se encuentra descrito, en donde cada uno trata partes, esenciales para su conclusión. conclusión.



ABSTRACT This work aims to give to know about new tools used in the automation of any system, are mating the industrial environment, where more focus towards automatic control systems operated by programmable logic circuits (PLC), and increased for subsequent years where control is fully automatic with the development of intelligent systems to be dispensed human operator, estimated reason why through this research and application we want to provide the Tools and the basics of the system and as through a series of sequences we obtain that goal.

This ongoing project has been designed an automatic system controlled by PLC and can be displayed via a SCADA (system control and data acquisition), performed with LabView using OPC SERVER, which is a graphical simulator where you can observe, monitor and control the process in question.

Besides a robot arm, which allow you to select, remove the bottle that is not correct in the process prior order sent by the PLC.

The academic development of what already raised our objectives is described, where each party is essential for completion.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO II .- INTRODUCCION: Los sistemas que se emplean en las diferentes de industrias requieren de gran precisión y ser lo bastante eficientes para desarrollarse con éxitos, también es muy importante la flexibilidad en cuantos a costos ya que este es uno de d e los principales inconvenientes encontrados al momento de automatizar; pese a esto en la actualidad las industrias alrededor del mundo poseen al menos un pequeño sistema automático de control; resultando más conveniente para la seguridad, protección y la calidad de los productos que se realizan y que a mediano plazo podrán recuperar la inversión realizada y aumentar sus ganancias. Automatizar hoy en día es una necesidad urgente de buscar nuevas alternativas para el control industrial, por medio de sistemas autónomos, capaces de aumentar la producción en menor tiempo y con mayores índices de confiabilidad. La automatización industrial se ha convertido en un área en pleno desarrollo y de gran importancia para todos los sectores industriales, ya que permite mejorar la productividad de las empresas. Normalmente una planta embotelladora recibe los envases plásticos envases plásticos conformados por la planta elaboradora de botellas. Aquí, las botellas son trasladadas utilizando camiones a las diferentes empresas diferentes empresas embotelladoras. Los envases etiquetados y empaquetados son receptados por la Planta y luego colocados en un área de almacenamiento. de almacenamiento. En En esta área, dependiendo de la línea a embotellar, se seleccionan los envases (500 ml, 1000ml o 1800 ml); de allí, se los traslada hacia la zona de embotellado donde los operadores con sus manos ubican las botellas en la línea de transportación para el enjuague, ya que debe eliminarse el polvo que puede estar presente en el envase, producto envase, producto de los diferentes movimientos. Una vez que los envases pasan por la Enjuagadora (Rinseadora) se dirigen hacia la llenadora, llenadora, donde el producto se vierte a la velocidad la velocidad y niveles apropiados. A la salida de la llenadora se encuentra la máquina que coloca la tapa rosca (Taponadora Roscadora) sellando los envases con una tapa que se coloca en la boca del envase para evitar que el producto se derrame o ingresen elementos contaminantes que afecten la pureza del agua. del agua. En esta condición, el producto nuevamente pasa a la cinta de transportadora. t ransportadora. Antes de pasar al proceso al proceso de Embalaje, un operador verifica que el envase esté bien sellado, que esté en buenas condiciones y que el líquido esté en el nivel apropiado, garantizando así la calidad la calidad del producto. El proyecto se basa en diseñar un programa que automatice el proceso de elaboración de bebidas gaseosas, con la ayuda de herramientas de control y supervisión SCADA (Sistema de Control y Adquisición de Datos), con las que se obtiene información detallada del proceso, basada en una programación orientada a objetos, eliminando las arquitecturas basadas en texto, y permitiéndonos crear aplicaciones complejas de una manera sencilla. Para poder supervisar, controlar y monitorear todo el proceso en tiempo real desde una computadora (PC); se utiliza LabView NATIONAL INSTRUMENTS usando SERVIDOR OPC, se trata de una aplicación que permite al operario interactuar con el programa de usuario, por medio de


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO objetos creados desde desde esta aplicación; aplicación; que tienen como principal característica el manejo manejo de gráficos para representar el estado de las variables de un proceso industrial. Labview posee un ambiente de programación gráfico diseñado para desarrollar aplicaciones de adquisiciones y análisis de datos desde y hacia un computador, utiliza una programación gráfica de flujo de datos denominado G. LabView dispone de bibliotecas para adquisición de datos, análisis, presentación y almacenamiento de datos. Además dispone de herramientas convencionales de desarrollo de programas y depuración de errores, tales como puntos de ruptura, ejecución paso a paso y animación del flujo del programa. Este trabajo se se centra en la etapa de llenado, llenado, la cual se presenta una faja transportadora sensor de posición. Sensor Sensor de nivel, todos estos datos serán procesados, procesados, por el PLC s7- 1200, además cuenta con una electroválvula para el llenado de botellas y un brazo robot que permitirá quitar las botellas defectuosas del proceso.



CAPITULO I EL PROBLEMA 1.1 TEMA : “

AUTOMATIZAR UN PROCESO DE LLENADO DE BOTELLAS CON PLC S7 1200 Y LABVIEW

USANDO SERVIDORES OPC”

1.2- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: Observando, la necesidad en las plantas industriales de llevar a cabo un proceso de llenado, y el gran avance de la automatización en dicho campo, y el uso en las empresas de sistemas SCADA, para la supervisión de los procesos, con la utilización de PLC, HMI, variadores de velocidad etc. Se desea desarrollar y representar el proceso proceso real del llenado llenado de botellas, a pequeña escala, a bajo costo, además de analizar y efectuar un proceso de selección (posterior al llenado), mediante un brazo robot. Por todo lo expresado anteriormente se plantea la siguiente interrogante: ¿Se podrá desarrollar y simular el proyecto de CONTROL Y SUPERVICION DE LLENADO DE Botellas CON PLC S7-1200 S7-1200 Y LABVIEW USANDO SERIVDORES OPC, a pequeña escala escala y bajo costo?

1.3 INTERROGANTES: ¿Este proyecto se podrá aplicar en la industria, con Scada usando servidores OPC? ¿El costo de fabricación del proceso es rentable? 1.4 DELIMITACIÓN DEL OBJETO A INVESTIGAR 14.1 CONTENIDOS: Las asignaturas que se contemplan para la realización del proyecto son: Diseño de Sistemas Mecatronicos I, Control Industrial I y II, Instalaciones Instalaciones Eléctricas, Eléctricas, Electrónica, Taller Taller Básico, CAD, Diseño de elementos de máquinas, sensores y actuadores. 1.5.- JUSTIFICACION: Este proyecto pretende simular de una manera lo más aproximada posible el proceso de embotellamiento clásico clásico de la mayoría de bebidas del mercado. En concreto, se representa representa el proceso para las típicas bebidas gaseosas, que comparten el mismo envase, pero difieren en su contenido. Por ello, se ha dividido el proceso de llenado en dos etapas una entapa hasta el llenado (censado, y llenado mediante la electroválvula), y otra después del llenado (selección brazo robot), todo el proceso será supervisada, desde la PC. El proyecto del se hace por la necesidad de:


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO -

Representar el proceso de llenado de botellas, botellas, a un costo bajo, con respecto respecto a lo que se observa en la industria actual, actual, utilizando el autómata programable programable

-

Como investigadores de las nuevas técnicas con que las empresas se encuentran trabajando se hace posible la realización de automatizar un proceso proceso a bajo costo, es decir, aplicar en aquellas aquellas empresas q se encuentran en crecimiento y aumento de producción para un mayor control y supervisión de su planta a tiempo real , esto se realizará mediante la formación profesional recibida en el transcurso de estos años, para de esta manera aplicar y enriquecer conocimientos, adquiriendo nuevas experiencias.

1.6.- OBJETIVOS: 1.6.1 OBJETIVO GENERAL: Controlar y supervisar el proceso el Proceso de llenado de botellas con plc s7-1200 y labView usando servidores OPC, a bajo costo, costo, y que se pueda pueda implementar en la empresa de de sector bebidas y refrescos en Trujillo. 1.6.2 OBJETIVO ESPECIFICO: -

Diseñar la estructura Mecánica del Proceso (faja transportadora), y del brazo robot (material, dimensionamiento, grados de libertad, etc).

-

Simular el Proceso de Embotellado (movimiento de faja, brazo robótico) con solidworks, uso de sensores, y control mediante m ediante LabView.

-

Diseñar la parte electrónica del sistema y adaptándolo para el uso del controlador lógico programable aplicando etapas de potencia.

-

Automatizar el Sistema físico físico involucrado en el el proceso del llenado, llenado, trasporte, censado, selección, Supervisado desde la PC.

1.7.-APLICACIÓN: La aplicación específica que tiene este proyecto, razón por la cual fue concebido, es la de automatizar el proceso de de llenado de botellas, botellas, y aplicar en la industria, esto puede puede ser englobar aquellos procesos en los cuales intervienen bebidas como agua, gaseosas, refrescos, juegos, etc.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO CAPITULO II DESCRIPCION DEL PROYECTO: 2.1 DISEÑO MECÁNICO: 2.1.1BANDA TRANSPORTADORA: Una cinta transportadora o transportador de banda es un sistema de transporte continuo formado básicamente por una banda continua que se mueve m ueve entre dos tambores. Existen bandas transportadoras para uso ligero y uso pesado. La banda es arrastrada por la fricción por uno de los tambores, que a su vez es accionado por un motor. Esta fricción es la resultante de la aplicación de una tensión a la banda transportadora, habitualmente mediante un mecanismo tensor por husillo o tornillo tensor. El otro tambor suele girar libre, sin ningún tipo de accionamiento, y su función es servir de retorno a la banda. La banda es soportada por rodillos entre los dos tambores. Denominados rodillos de soporte. Debido al movimiento de la banda el material depositado (botellas) sobre la banda es transportado hacia el tambor de accionamiento donde la banda gira y da la vuelta en sentido contrario. En esta zona el material depositado sobre la banda es vertido fuera de la misma debido a la acción de la gravedad y/o de la inercia.

Figura 1. Faja transportadora (Fuente http://www.abatech.it/public/image/naudop_cs/naudop%20cs02.jpg)

Es el elemento más importante, y su estructura esta formada por una serie de tejidos superpuestos que forman el armazón, protegidos por sus caras libres con coberturas protectoras. En los tejidos destinados a la construcción de bandas transportadoras, predominan los armazones que están construidos por urdimbre y trama, revestidos por compuesto de goma a fin de conseguir una alta adherencia entre las distintas capas. La banda transportadora debe reunir los siguientes requisitos: Alta resistencia mecánica longitudinal, flexibilidad en direcciones longitudinal (en tambores) y transversal (en apoyos de rodillos), elevada resistencia al desgaste y a la desestratificación por reiterados dobleces, poca elasticidad y alta resistencia a la humedad. 11 DISEÑO DE SISTEMAS MECATRONICO I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Se emplean distintos tipos de materiales para conformar las bandas:De tela naturales, sintéticas, y de acero. a) TIPOS DE FABRICACIÓN:

Lisa

Para instalaciones horizontales y de pequeño ángulo de inclinación.

De superficie rugosa

Para evitar el desplazamiento de las piezas transportadas.

Para instalaciones de elevado Con pestañas onduladas y ángulo de inclinación, a fin de salientes, y con nervios en “V” impedir el corrimiento del material. En las variantes de: Normal

Muy resistente a la abrasión.

Resistente al calor

Para transportes de materiales en general, con temperaturas hasta 140º.

Antillama

Para instalaciones en galerías mineras.

Para transportar materiales abrasivos y pedazos robustos con bordes agudos se emplean las bandas de acero fabricadas de alambre de distinta sección y trenzado.

Figura 2. Varianres de fabricación de bandas de acero distinto trenzando. (fuente http://dim.usal.es/areaim/guia%20P.%20I/bandas http://dim.usal.es/areaim/guia%20P.%20I/bandas%20transportadoras.htm %20transportadoras.htm )


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO b) TAMBORES. En los transportadores de banda se distinguen tambores accionadores y tensores o de reenvío. c) ACCIONADORES: La cinta es arrastrada por uno de los tabores extremos accionado a su vez por un motor. La transmisión del movimiento se consigue por adherencia entre la banda y el tambor. d) RODILLOS DE APOYO. Para que la banda no se combe bajo la influencia del propio peso y de la carga, entre los t ambores se colocan rodillos de apoyo, pudiendo ser rodillos de ejes horizontales o rodillos formando artesa. Por lo que se decidio que las dimensiones de la faja sea de 1.5m d e largo x 0.30 m de ancho. Banda de trasnportadora PVC, revestida de GOMA.

Figura 3. Diseño faja transportadora tr ansportadora en solidworks.

2.1.2

MOTOR DC:

El motor de corriente continua (denominado también motor de corriente directa, motor CC o motor DC) es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, mecánica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la acción del campo magnético.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes. El estator da soporte mecánico al aparato y contiene los devanados principales de la máquina, conocidos también con el nombre de polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre de cobre sobre núcleo de hierro. El rotor El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, alimentado con corriente directa mediante escobillas fijas (conocidas también como carbones).

Figura 4. Motor Dc (Fuente http://image.made-in-chin http://image.made-in-china.com/2f0j00OBCEnAFrkpqY/DC-Moto a.com/2f0j00OBCEnAFrkpqY/DC-Motor.jpg) r.jpg)

El principio de funcionamiento de los motores eléctricos de corriente directa o continua se basa en la repulsión que ejercen los polos magnéticos de un imán permanente cuando, de acuerdo con la Ley de Lorentz, interactúan con los polos magnéticos de un electroimán que se encuentra montado en un eje. Este electroimán se denomina “rotor” y su eje le permite

girar libremente entre los polos magnéticos norte y sur del imán permanente situado dentro de la carcasa o cuerpo del motor. Cuando la corriente eléctrica circula por la bobina de este electroimán giratorio, el campo electromagnético que se genera interactúa con el campo magnético del imán permanente. Si los polos del imán permanente y del electroimán giratorio coinciden, se produce un rechazo y un torque magnético o par de fuerza que provoca que el rotor rompa la inercia y comience a girar sobre su eje en el mismo sentido de las manecillas del reloj en unos casos, o en sentido contrario, de acuerdo con la forma que se encuentre conectada al circuito la pila o la batería.

   

F: Fuerza F: Fuerza en newtons en newtons I: Intensidad I: Intensidad que recorre el conductor en amperios en amperios l: Longitud l: Longitud del conductor en metros B: Densidad B: Densidad de campo magnético o densidad de flujo teslas flujo teslas



Figura 5. Funcionamiento de un motor DC.(Fuente http://www.asifunciona.com/electrotecnia/a http://www.asifuncion a.com/electrotecnia/af_motor_cd/af_motor_c f_motor_cd/af_motor_cd_6.htm) d_6.htm)

Para el estudio de la potencia y el rendimiento, vamos a considerar como elemento receptor, un motor. Un motor transforma energía eléctrica en mecánica, por lo tanto la potencia que va a poder desarrollar un motor viene dada por la siguiente expresión matemática: - Potencia total de un motor.

Al igual que pasa con el generador, todo receptor tiene unas pérdidas, por lo que no se aprovecha toda la energía. Por lo tanto podemos decir que el rendimiento viene dado por:

El rendimiento será la relación existente entre el trabajo útil, el que aprovechamos, y el teórico, el que se podría obtener. Al igual que en el generador, nunca será del 100%. Por lo anterior Mostrado se elegió un Motor de las siguientes características: características: Torsión: Max 10kg. Cm

Construcción: Imán permanente

Tipo: Motor engranaje

Velocidad 880rpm

Corriente Continuos (A): 0.18-0.25a

Conmutación: Cepillo

(RMP):

4-

De potencia de salida: Voltaje (V): 12v 24v 1.4-3.1w tamaño: 37.0*54.8mm

del

Eficiencia: 75%

momentáneo máximo esfuerzo de torsión de la tolerancia: 1.1-15kg. Cm


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 2.1.3. ELECTROVÁLVULA: Una electroválvula es electroválvula es una válvula una válvula electromecánica, electromecánica, diseñada diseñada para controlar el paso de un fluido por un conducto o tubería. tubería. La válvula se mueve mediante una bobina solenoide. Generalmente no tiene más que dos posiciones: abierto y cerrado, o todo y nada. Las electroválvulas se usan en multitud de aplicaciones para controlar el flujo de to do tipo de fluidos. - Acción indirecta: El orificio principal es abierto por el desequilibrio entre las presiones en las superficies del diafragma superior e inferior (o del pistón). Cuando se energiza la bobina el movimiento del émbolo causa la apertura del orificio de piloto y descarga el compartimiento superior del diafragma: el desequilibrio de la presión mueve el diafragma que abre el orificio principal (la presión mínima requerida es de 0.2 bar).

Figura 6. Electrovalvulas (Fuente http://www.altecdust.com/soporte-tecnico/quehttp://www.altecdust.com/soporte-tecnico/queson-las-electrovalvulas)

Se tomó la siguiente siguiente electroválvula electroválvula Presión: 0.02 -0.8MPa Temperatura de medios: Baja temperatura Potencia: Solenoide Tamaño del Puerto: 8.5*6*4.3cm Estándar o no estándar: Sterling Silver Fish Hook Estructura: Diafragma Número de modelo: Practical 12V Solenoid Valve


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 2.1.4. BOMBA HIDRÁULICA: . Una bomba hidráulica es una máquina generadora que transforma la energía generalmente energía generalmente energía mecánica) con mecánica) con la que es accionada en energía del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud. Cuando se pretende desarrollar una clasificación de los diferentes tipos de bombas hidráulicas se debe tener claridad en algunos términos para así poder evaluar los méritos de un tipo de bomba sobre otro. Dichos términos son: 











Amplitud de presión: Se constituyen en los límites máximos de presión con los cuales una bomba puede funcionar adecuadamente. Las unidades son Lb/plg2. Volumen: La cantidad de fluido que una bomba es capaz de entregar a la presión de operación. Las unidades son gal/min. Amplitud de la velocidad: Se constituyen en los límites máximo y mínimo en los cuales las condiciones a la entrada y soporte de la carga permitirán a la bomba funcionar satisfactoriamente. Las unidades son r.p.m. Eficiencia mecánica: Se puede determinar mediante la relación entre el caballaje teórico a la entrada, necesario para un volumen especifico en una presión especifica y el caballaje real a la entrada necesario para el volumen especifico a la presión especifica. Eficiencia volumétrica: Se puede determinar mediante la relación r elación entre el volumen teórico 2 de salida a 0 lb/plg y el volumen vo lumen real a cualquier presión asignada. Eficiencia total: Se puede determinar mediante el producto entre la eficiencia mecánica y al eficiencia volumétrica.

Para que la clasificación de los diferentes tipos de bombas sea más amena se presenta a continuación una tabla donde se muestran los criterios de clasificación de cada una de estas. Amplitud BOMBAS

Amplitud

Eficiencia

Eficiencia Total

Presión

Volumen

Velocidad

Volum.

0 Lb/plg2

5 Gal/min

500 rpm

80 %

75 – 80 %

2 Bomba engrane 1500 1500 Lb/plg Lb/plg2

10 Gal/min

1200 rpm

80 %

75 – 80 %

Bomba engrane 2000 2000 Lb/plg2 Lb/plg2

15 Gal/ min

1800 rpm

Bomba de Baja Presión

engrane

80 - 85% 90 %



Bomba Paleta equilib. 1000 Lb/plg2 1000 Lb/plg2 3000 Lb/plg2 Bomba Pistón empuje angular

Diseño Dynex

Placa

1.1 – 55 Gal/min

1000 rpm

> 90 %

80 – 85 %

90 %

> 85 %

90 %

> 80 %

1200 – 2200 90 % rpm

> 85 %

2 – 120 Gal/min

5000 Lb/plg2

1200 –1800 rpm 7.5 – 41 Gal/min

6000 – 8000 2.9 – 4.2 Gal/min Lb/plg2

Para este proyecto se va a utilizar una bomba dc 12v (prototipo) Especificaciones: Alimentación : 12V Corriente : 1050mA ± 10 % Altura del agua ( aproximada ) : 4m + -10 % Capacidad: 550 litros por hora Tipo de motor : sin escobillas Incluye: bomba de agua 1X Marca nueva y sin uso

Figura7 Bomba dc 12 V (Fuente: http://i00.i.aliimg.com/wsphoto/v0/548263842_1/DC40-1240-DC-12V-Magnetic-DriveCentrifugal-Water-Pump-Submersible-Circulating Centrifugal-Water-Pump-S ubmersible-Circulating-CPU-Cooling-Amphib -CPU-Cooling-Amphibious-460L-H.jpg) ious-460L-H.jpg)

2.1.5. BRAZO ROBOT. Un brazo robótico es un tipo de brazo de brazo mecánico, mecánico, normalmente normalmente programable, programable, con con funciones parecidas a las de un brazo humano; este puede ser la suma total del mecanismo o puede ser parte de un robot más complejo. Las partes de estos manipuladores o brazos son interconectadas a través de articulaciones que permiten, tanto un movimiento rotacional (tales como los de un robot articulado), articulado), como un 12 movimiento traslacional o desplazamiento lineal. lineal. 18 DISEÑO DE SISTEMAS MECATRONICO I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 2.1.5.1. SERVOMOTOR. Un servomotor (también llamado Servo) es un dispositivo similar a un motor un motor de corriente continua, que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición. Está conformado por un motor, una caja reductora y un circuito de control. control. Los servos se utilizan frecuentemente en sistemas de de radio control y en robótica, en robótica, pero pero su uso no está limitado a estos. Es posible modificar un servomotor para obtener un motor de corriente continua que, si bien ya no tiene la capacidad de control del servo, conserva la fuerza, la fuerza, velocidad velocidad y baja inercia que caracteriza a estos dispositivos. a) TIPOS DE SERVOMOTORES: Hay tres tipos de servomotores: -Servomotores de CC -Servomotores de AC -Servomotores de imanes permanentes o Brushless. Br ushless. b) PARTES DE UN SERVOMOTOR:

Figura 8: "Estructura típica" c) MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA: Es el elemento que le brinda movilidad al servo. Cuando se aplica un potencial a sus dos terminales, este motor gira en un sentido a su velocidad máxima. Si el voltaje aplicado sus dos terminales es inverso, el sentido de giro también se invierte. d) ENGRANAJES REDUCTORES: Se encargan de convertir gran parte de la velocidad de giro del motor de corriente continua en torque. e) CIRCUITO DE CONTROL: Este circuito es el encargado del control de la posición del motor. Recibe los pulsos de entrada y ubica al motor en su nueva posición dependiendo dependiendo de los pulsos recibidos.



Figura 9: "Circuito de control"

Tiene además de los circuitos de control un potenciómetro conectado al eje central del motor. Este potenciómetro permite a la circuitería de control, supervisar el ángulo actual del servo motor. Si el eje está en el ángulo correcto, entonces el motor está apagado. Si el circuito chequea que el ángulo no es correcto, el motor volverá a la dirección la dirección correcta, hasta llegar al ángulo que es correcto. El eje del servo es capaz de llegar alrededor de los 180 grados. Normalmente, en algunos llega a los 210 grados, pero varía según el fabricante. Un servo normal se usa para controlar un movimiento un movimiento angular de entre 0 y 180 grados. Un servo normal no es mecánicamente capaz de retornar a su lugar, si hay un mayor peso que el sugerido por las especificaciones especificaciones del fabricante. Los servomotores tienen 3 terminales:   

Terminal positivo: Recibe la alimentación la alimentación del motor (4 a 8 voltios) Terminal negativo: Referencia tierra Referencia tierra del motor (0 voltios) Entrada de señal: Recibe la señal de control del motor

Los colores del cable de cada terminal varían con cada fabricante: el cable del terminal positivo siempre es rojo; el del terminal negativo puede ser marrón o negro; y el del terminal de entrada de señal suele ser de color de color blanco, naranja o amarillo.

Figura 10: "Conexión externa del servo"


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO c) CÁLCULOS: Dependiendo del modelo del servo, la tensión de alimentación puede estar comprendida entre los 4 y 8 voltios. El control de un servo se reduce a indicar su posición mediante una señal cuadrada de voltaje. El ángulo de ubicación del motor depende de la duración del nivel alto de la señal. Cada servo motor, dependiendo de la marca la marca y modelo utilizado, tiene sus propios márgenes de operación. Para el servomotor Futaba S3003, los S3003, los valores posibles de la señal en alto están entre 0,3 y 2,1 ms, que posicionan al motor en ambos extremos de giro (0° y 180°, respectivamente). El valor 1,2 ms indica la posición central, y otros valores otros valores de duración del pulso dejarían al motor en la posición proporcional a dicha duración. Se utiliza utiliza un Servomotor : Product Model: Model: MG995           

Product Size: 40.7 * 19.7 * 42.9mm Product weight: 55g Operating torque: 15KG/cm Reaction speed: 53-62R / M Operating Temperature:-30 ~ +60 ° Deadband settings: 4 microseconds m icroseconds Plug Type: JR, FUTABA General Rotation angle: A maximum of 180 degrees Servo: Servo Operating current: 100mA Using the voltage: 3-7.2V

Figura 11- Servomotor MG995 (Fuente http://ebay.com-servo-motor-1 http://ebay.com-servo-motor-15-kgcm-balero-metal-servomotor-pi 5-kgcm-balero-metal-servomotor-pic-avr-arduino-_JM) c-avr-arduino-_JM)

2.1.5.2. DISEÑO MECÁNICO BRAZO ROBOT.

Figura 12. Brazo robot


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO El brazo robótico está compuesto compuesto de segmentos segmentos o miembros miembros interconectados interconectados por puntas puntas o articulaciones, cada articulación articulación está compuesta sobre un eje del cual giran dos dos segmentos, cuyos movimientos son generados generados por servomotores. Los distintos distintos elementos del brazo brazo son: la base (A), el hombro (B), el brazo (C), codo codo (D), muñeca muñeca (E) y pinza (F). Se utilizó SolidWorks® como herramienta de diseño del brazo robótico, así mismo se aprovecharon las ventajas ventajas de simulación con las que cuenta este software para evaluar evaluar su posible desempeño. El robot está basado en una configuración de un robot articulado [5] de 5 GDL, cada pieza fue diseñada en SolidWorks® y al finalizar el modelado modelado de las piezas, se realizó un ensamble virtual para hacer las correcciones y modificaciones que que fueran necesarias necesarias hasta que arrojaran un resultado satisfactorio. satisfactorio. El materia a Utilizar fue Aluminio, Aluminio, de espesor 3mm, las dimensiones dimensiones y diseño de las piezas se presentara después:

Figura 13. Diseño Brazo Robot en Solidworks.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 2.1.6 DISEÑO CAD : 2.1.6.1 CAD FAJA TRANSPORTADORA.

Figura 14. Diseño Solidworks de faja transportadora

2.1.6.2. CAD BRAZO ROBOT.

Figura 15 Diseño Solidworks Brazo R obot.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 2.2 DISEÑO ELÉCTRICO- ELECTRÓNICO: 2.2.1

SENSORES Y ACTUADORES:

Un sensor sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, movimiento, pH, etc. etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia una resistencia eléctrica (como en una RTD) una RTD),, una capacidad una capacidad eléctrica (como en un sensor un sensor de humedad), humedad), una tensión una tensión eléctrica (como en un termopar) un termopar),, una corriente una corriente eléctrica (como en un fototransistor) un fototransistor),, etc. Un actuador es actuador es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto sobre un proceso automatizado. Este recibe la orden de un regulador o controlador y en función a ella genera la orden para activar un elemento final de control como, por ejemplo, una válvula. Existen varios tipos de actuadores como son:    

Electrónicos Hidráulicos Neumáticos Eléctricos

2.2.1.1 SENSOR INFRARROJO. INFRARROJO. El diodoIRLED (del inglés lnfrared Light Emitting Diode), Es un emisor de mayor infrarrojos infrarrojos que son una radiación electromagnética electromagnética situada en en el espectro espectro electromagnético, en el intervalo que va desde la luz visible a las microondas. Este diodo se diferencia de los LED por el color de la capsula que los envuelve. El diámetro es generalmente de 5mm. Los rayos infrarrojos se caracterizan por ser portadores de calor radiante. Estos rayos son una producidos en mayor o menor intensidad por cualquier objeto a temperatura superior al cero absoluto. a) FOTODIODO: emisision de luz infrarroja-

. Figura 16. Fototransistor y esquema circuito.



b) FOTOTRANSISTOR: Se llama fototransistor a fototransistor a un transistor un transistor sensible a la luz, normalmente a los infrarrojos. los infrarrojos. La La luz incide sobre la región de base, generando portadores en ella. Esta carga de base lleva el transistor al estado de conducción. El fototransistor es más sensible que el fotodiodo el fotodiodo por el efecto de ganancia de ganancia propio del transistor. Un fototransistor es igual a un transistor común, con la diferencia que el primero puede trabajar de 2 formas: 1. Como transistor normal con la corriente de base Ib (modo común). 2. Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de corriente de base. Ip (modo de iluminación). 3. Puede utilizarse de las dos en formas simultáneamente, aunque el fototransistor se utiliza principalmente con el pin de la base sin conectar.

Figura 17. Foto receptor, esquema circuito.

2.2.1.2 SENSOR ULTRASÓNICO:

Figura 18. Sensor Ultrasonico (Funete http://mla-s1-p.mlstatic.co http://mla-s1-p.mlstatic.com/modulo-arduino-s m/modulo-arduino-sensorensorultrasonico-de-distancia-hc-sr04-4161-MLA143535706_4056-F.jpg)

El sensor de distancia ultrasónico HC-SR04 es una excelente opción si estás buscando un módulo ultrasónico potente pero barato y que sea compatible con Arduino y otras plataformas de microcontroladores. Éste es uno de los módulos ultrasónicos más económicos en el mercado, ¡pero sigue siendo uno de los mejores! Su rendimiento estable es incomparable: la resolución es tan baja como de 3mm, tiene una alta precisión, funciona con 5V (DC), es altamente compatible con las tarjetas Arduino, etc. 25 DISEÑO DE SISTEMAS MECATRONICO I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO a) CARACTERÍSTICAS:



Voltaje de funcionamiento: 5V (DC) Corriente estática: <2 mA Trabajo actual: 15mA Frecuencia de trabajo: 40KHz Señal de salida: frecuencia de la señal eléctrica, 5V de alto nivel, bajo nivel de 0V Ángulo Eficaz: <15 º Distancia de detección: 2 cm - 450 cm Resolución: 0,3 cm Medición de ángulo: 30 º



Disparo de la señal de entrada: TTL pulso 10μs



Echo señal de salida: señal PWL de TTL

       

VCC = +5VDC Trig = Entrada de Trigger de sensor Echo = Salida de Echo de sensor GND = GND

Figura 19. Esquema de funcionamiento de sensor ultrasónico(Fuente ultrasónico(Fuente http://www.techmake.com/sen-00029.html)

2.2.1.3 SENSOR NIVEL. Dentro de los componentes los componentes electrónicos, se electrónicos, se encuentra el final de carrera o carrera o sensor sensor de contacto (también conocido como "interruptor de límite"), son dispositivos eléctricos, neumáticos o mecánicos situados al final del recorrido o de un elemento móvil, como por ejemplo una cinta una cinta transportadora, transportadora, con el objetivo de enviar señales que puedan modificar el estado de un circuito.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Internamente pueden contener interruptores normalmente abiertos (NA), cerrados (NC) o conmutadores dependiendo de la operación que cumplan al ser accionados, de ahí la gran variedad de finales de carrera que existen en mercado.Los finales de carrera están fabricados en diferentes materiales tales como metal, plástico o fibra o fibra de vidrio.

Figura 20 Switch de fin de carrera (Fuente http://www.tu-proyecto.co http://www.tu-proyecto.com/Store/img/p/200560m/Store/img/p/2005603413-thickbox.jpg)

2.2.2

ACONDICIONAMIENTO DE LA SEÑAL:

Se trabajó en acondicionamiento acondicionamiento de señales, por las salidas de los los sensores infrarrojos son de 5Vdc y necesitábamos 24 Vdc para la entrada del PLC. Por lo que se utlizo el siguiente circuito

Figura 21. Circuito acondicionamiento acondicionamiento de señales.

A la salida del circuito nos da 0 a 5Vdc para elevarlo a 24 V dc se utilizó un transistor. O un L293D.



Figura 22. Circuito acondicionamiento de señales.(Fuente http://darcy.rsgc.on.ca/ACES/TER4M/images/L293D.jpg)

2.2.3

CONTACTORES:

Un contactor es un componente electromecánico que tiene por objetivo establecer o interrumpir el paso de corriente, ya sea en el circuito de potencia o en el circuito de mando, tan pronto se dé tensión a la bobina la bobina (en el caso de ser contactores instantáneos). Un contactor es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente eléctrica de un receptor o instalación, con la posibilidad de ser accionado a distancia, que tiene dos posiciones de funcionamiento: una estable o de reposo, cuando no recibe acción alguna por parte del circuito de mando, y otra inestable, cuando actúa dicha acción. Este tipo de funcionamiento se llama de "todo o nada". En los esquemas eléctricos, su simbología se establece con las letras KM seguidas de un número de orden.

Figura 23 Partes de un contactor

Figura 24 Simbología de un Contactor.

Figura 25 Contactor FIsico. (Fuente http://www.smelectricos.com/i/c/telemecanique_lc1d.jpg)

Se utiliza el contacto con bobina bobina de 220 Vac aprovechando la salida del PLC.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 2.2.4

MICROCONTROLADOR PIC:

Los PIC son PIC son una familia de microcontroladores de microcontroladores tipo RISC tipo RISC fabricados por Microchip por Microchip Technology Inc. y derivados del PIC1650, originalmente desarrollado por la división de microelectrónica de microelectrónica de General Instrument.El Instrument.El nombre actual no es un acrónimo. un acrónimo. En En realidad, el nombre completo es eripheral I nterface nterface C ontroller ontroller (controlador PICmicro, PICmicro, aunque generalmente se utiliza como P eripheral (controlador de interfaz periférico).

Figura 26. Pic 16f88.

El microntrolador se utilizara para hacer la lectura del sensor ultrasónico, y una vez leído escalar la medida del tanque y enviar la salida en un PWM, la cual será será conectada a la entrada analógica del PLC (0 – 5Vdc)

Figura 27. Circuito PIC-Sensor ultrasónico.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO El código Se desarrollo en Proton IDE. Caracteristicas del PIc 16f88 Se trata de uno de los microcontroladores que puede reemplazar al más popular del mercado PIC16F84, PIC16F84, ideal para principiantes, debido a su arquitectura de 8 bits, bits, 18 pines, y un set de instrucciones RISC instrucciones RISC muy amigable para memorizar y fácil de entender, internamente consta de:          

Memoria Flash de programa (4K x 14). Memoria EEPROM Memoria EEPROM de datos (256 x 8). Memoria RAM (368 registros x 8). Oscilador interno de 8MHz. Modulación por ancho de pulso (PWM) de (PWM) de 10Bits, 10Bits, Comunicación asincrónica asincrónica USART en SPI 3 Hilos o I2C en 2 hilos Conversor de Analógico a Digital de 7 canales Un temporizador/contador (timer de 8 bits). Un divisor de frecuencia. Varios puertos de entrada-salida (16 pines en dos puertos, 8 pines el puerto A y 8 pines el puerto B).

Otras características son:    



 

Manejo de interrupciones (de 4 fuentes). Perro guardián (watchdog). Bajo consumo. Frecuencia de reloj externa máxima 20MHz. La frecuencia de reloj interna es un cuarto de la externa, lo que significa que con un reloj de 20Mhz, el reloj interno sería de 5Mhz y así pues se ejecutan 5 Millones de Instrucciones por Segundo (5 MIPS) Pipe-line de 2 etapas, 1 para búsqueda de instrucción y otra para la ejecución de la instrucción (los saltos ocupan un ciclo más). Repertorio de instrucciones reducido (RISC), con tan solo 35 instrucciones distintas. 4 tipos distintos de instrucciones, orientadas a byte, orientadas a bit, operación entre registros, de salto.

Figura 28. PIC 16f88.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 2.2.5

ARDUINO MEGA 2560.

Figura 29. Arduino Mega 2560.

a. VISIÓN DE CONJUNTO : El Arduino Mega 2560 es una placa electronica basada en el Atmega2560 ( ficha ( ficha técnica ). Cuenta con 54 pines digitales de entrada / salida (de los cuales 15 se pueden utilizar como salidas PWM), 16 entradas analógicas, 4 UARTs (puertas seriales), un oscilador de 16MHz, una conexión USB, un conector de alimentación, una cabecera ICSP, y un botón de reinicio. Contiene todo lo necesario para apoyar el microcontrolador; basta con conectarlo a un ordenador con un cable USB o el poder con un adaptador de CA o la batería a CC para empezar. La Mega es compatible con la mayoría de los escudos diseñados para el Arduino Duemilanove o Diecimila. b. CARACTERÍSTICAS: Microcontroladores

Atmega2560

Tensión de funcionamiento

5V

Voltaje de entrada (recomendado) (recomendado) 7-12V Voltaje de entrada (límites)

6-20V

Digital pines I / O

54 (de las cuales 15 proporcionan salida PWM)

Pines de entrada analógica

16

Corriente DC por Pin I / O

40 mA

Corriente DC de 3.3V Pin

50 mA

Memoria Flash

256 KB de los cuales 8 KB utilizado por el gestor de arranque


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO SRAM

8 KB

EEPROM

4 KB

Velocidad del reloj

16 MHz

c. ENERGÍA: El tablero puede funcionar con un suministro externo de 6 a 20 voltios. Si se suministra con menos de 7V, sin embargo, el pin de 5V puede suministrar menos de cinco voltios y la junta puede ser inestable. Si se utiliza más de 12 V, el regulador de voltaje se puede sobrecalentar y dañar la placa. El rango recomendado es de 7 a 12 voltios. Los pines de alimentación son como sigue: 





 

VIN. VIN. El voltaje de entrada a la placa Arduino cuando se trata de utilizar una fuente de alimentación externa (en oposición a 5 voltios de la conexión USB u otra fuente de alimentación regulada). Usted puede suministrar tensión a través de este pin, o, si el suministro de tensión a través de la toma de alimentación, acceso a él a través de este pin. 5V. Este 5V. Este pin como salida una 5V regulada del regulador en el tablero. El tablero puede ser alimentado ya sea desde la toma de alimentación de CC (7 - 12 V), el conector USB (5V), o por el pin VIN del tablero (7-12V). El suministro de tensión a través de los pines de 5V o 3.3V no pasa por el regulador, y puede dañar su tablero. No aconsejamos ella. 3V3. 3V3. Un suministro de 3,3 voltios generada por el regulador de a bordo. Sorteo de corriente máxima es de 50 mA. GND. Pines GND. Pines de tierra. Instrucción IOREF. Este IOREF. Este pin de la placa Arduino proporciona la referencia de tensión con la que opera el microcontrolador. Un escudo configurado puede leer el voltaje pin instrucción IOREF y seleccione la fuente de alimentación adecuada o habilitar traductores de voltaje en las salidas para trabajar con el 5V o 3.3V. d. MEMORIA

El Atmega2560 tiene 256 KB de memoria flash para el almacenamiento de código (de los cuales 8 KB se utiliza para el gestor de arranque), 8 KB de SRAM y 4 KB de EEPROM (que puede ser leído y escrito con la librería la librería EEPROM ). e. ENTRADA Y SALIDA Cada uno de los 54 pines digitales en el Mega se puede utilizar como una entrada o salida, utilizando pinMode utilizando pinMode () , digitalWrite () , y digitalRead () funciones. Funcionan a 5 voltios. Cada pin puede proporcionar o recibir un máximo de 40 mA y tiene una resistencia de pull-up (desconectado por defecto) de 20 a 50 kOhm. Además, algunos pines tienen funciones especializadas: 

Serial: 0 (RX) y 1 (TX); Serie 1: 19 (RX) y 18 (TX); Serial 2: 17 (RX) y 16 (TX); Serial 3: 15 (RX) y 14 (TX) Se (TX) Se utiliza para recibir (RX) y transmitir datos en serie (TX) TTL.. Pines TTL.. Pines 0 y 1





 





están también conectados a los pines correspondientes de la USB-to-TTL chips Serial ATmega16U2. Interrupciones externas:. 2 (interrumpir 0), 3 (alarma 1), 18 (interrumpe 5), 19 (interrupción 4), 20 (interrumpir 3), y 21 (2) de interrupción interrupción Estos pines pueden configurarse para activar una interrupción en un valor bajo, un flanco ascendente o descendente, o un cambio en el valor. Ver el attachInterrupt el attachInterrupt () función para más detalles. PWM: 2 a 13 y 44 a 46. Proporcionar 46. Proporcionar salida PWM de 8 bits con el analogWrite el analogWrite () función. SPI:. 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK), 53 (SS) (SS) Estos pines admite la comunicación SPI utilizando la librería la librería SPI . Los pines SPI también se desglosan en la cabecera ICSP, que es físicamente compatible con el Uno, Duemilanove y Diecimila. LED: 13. Hay 13. Hay un LED incorporado conectado al pin digital 13. Cuando el pasador es de alto valor, el LED está encendido, cuando el pasador es bajo, es apagado. TWI: 20 (SDA) y 21 (SCL) Apoyar (SCL) Apoyar la comunicación TWI utilizando el. librería el. librería Wire .

El Mega2560 tiene 16 entradas analógicas, cada uno de los cuales proporcionan 10 bits de resolución (es decir, 1.024 valores diferentes). Por defecto se miden desde el suelo a 5 voltios, aunque es posible cambiar el extremo superior de su rango usando el pin AREF y función analogReference (). f.

COMUNICACIÓN:

El Arduino Mega2560 tiene una serie de instalaciones para comunicarse con un ordenador, otro Arduino u otros microcontroladores. El Atmega2560 ofrece cuatro UART hardware para TTL (5V) de comunicación serie. Un ATmega16U2 (ATmega 8U2 sobre la revisión y revisión 1 2 tablas) en los canales de subir a uno de ellos a través de USB y proporciona un puerto com virtual para software en el equipo (máquinas Windows necesitarán un archivo .inf, pero las máquinas OSX y Linux reconocer la junta como un puerto COM de forma automática. El software de Arduino incluye un monitor de serie que permite a los datos textuales sencillos para ser enviados hacia y desde el tablero. Los LEDs RX y TX en el tablero parpadean cuando se están transmitiendo datos a través de la ATmega8U2 / ATmega16U2 chip y conexión USB al ordenador (pero no para la comunicación en serie en los pines 0 y 1).

Figura 30. Arduino Conectado con EL Brazo ROBOT.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 2.2.6 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL: Automatización Industrial (automatización del griego antiguo auto: guiado por uno mismo) es el uso de sistemas o elementos computarizados para controlar maquinarias y/o procesos industriales substituyendo a operadores humanos. La automatización en los procesos Industriales, se basa en la capacidad para controlar la información necesaria en el proceso productivo, mediante mecanismos de medición y evaluación de las normas de producción. A través de diversos instrumentos controlados por la información suministrada por computadora, se regula el funcionamiento de las máquinas u otros elementos que operan el proceso productivo. En concreto, este sistema funciona básicamente de la siguiente manera: mediante la utilización de captadores o sensores que son esencialmente instrumentos de medición, se recibe la información sobre el funcionamiento de las variables que deben sercontroladas sea: temperatura, presión, velocidad, espesor o cualquier otra que puedacuantificarse, esta información se convierte en una señal, que es comparada por medio de la computadora con la instrucción o valor deseado para determinada variable. Si esta señal no concuerda con la instrucción de inmediato se genera una señal de control, por la que se acciona un actuador o ejecutante que generalmente son válvulas y motores. 2.2.3 UN CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE PLC, PLC, PLC ( programmable programmable logic controller ), ), es una computadora utilizada en la ingeniería

automática o automatización industrial, para industrial, para automatizar procesos electromecánicos, procesos electromecánicos, tales tales como el control de la maquinaria de la fábrica en líneas en líneas de montaje o atracciones mecánicas. Los PLC son utilizados en muchas industrias y máquinas. A diferencia de las computadoras de propósito general, el PLC está diseñado para múltiples señales de entrada y de salida, rangos de temperatura ampliados, inmunidad al ruido eléctrico y resistencia a la vibración y al impacto. Los programas para el control de funcionamiento de la máquina se suelen almacenar en baterías copia de seguridad o en memorias no volátiles. Un PLC es un ejemplo de un sistema de tiempo real «duro», donde los resultados de salida deben ser producidos en respuesta a las condiciones de entrada dentro de un tiempo limitado, de lo contrario no producirá el resultado deseado. A. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL PLC VENTAJAS DEL PLC: 



Menor tiempo en la elaboración de un proyecto, por no requerir de un cableado amplio, los elementos a utilizar utilizar son reducidos, reducidos, etc. Se puede modificar su funcionamiento, variando el programa y sin modificar el cableado. 34



   

      

Ocupa espacio reducido. Menor costo de mano de obra en la instalación y de mantenimiento. Mayor fiabilidad del sistema. Puede gobernar más de una máquina. m áquina. Reemplazar la lógica de relés para el comando de motores, máquinas, cilindros, Neumáticos e hidráulicos, etc. Reemplazar temporizadores y contadores electromecánicos. Actuar como interface entre una PC y el proceso de fabricación. Efectuar diagnósticos de fallas y alarmas. Controlar y comandar tareas repetitivas y peligrosas. Regulación de aparatos remotos desde un punto de la fábrica.

DESVENTAJAS DEL PLC: 

Se requiere de personal capacitado para el manejo de PLC.



El costo de adquisición en algunos casos puede ser elevado.



Costo de programación es alto.

2.2.6.2 PLC SIEMENS S7 1200. La interacción lo es todo El nuevo controlador controlador modular SIMATIC S7-1200 es el núcleo de nuestra nueva línea línea de productos para tareas tareas de automatización sencillas sencillas pero de alta precisión. Nuestros paneles de la la gama SIMATIC HMI Basic Panels han sido sido optimizados para mejorar su rendimiento, y su diseño los hace perfectamente compatibles con el nuevo controlador y el sistema de ingeniería totalmente integrado. Esto simplifica la creación, acelera el arranque, optimiza la monitorización y ofrece la máxima comodidad para el usuario. La interacción de estos productos y sus innovadoras funciones imprimen a los sistemas de automatización de la línea “mini” una eficiencia desconocida hasta ahora.

El controlador El controlador SIMATIC S7-1200 es modular, compacto y de aplicación versátil: una inversión segura, idónea para una completa gama de aplicaciones. Un diseño escalable y flexible, una una interfaz de comunicación a la altura de de las máximas exigencias de la industria, y toda una gama de elementos elementos tecnológicos tecnológicos potentes e integrados hacen hacen de este controlador un componente clave en soluciones completas completas de automatización.



Figura 31. PLC Siemes 1200

a) EL SOFTWARE El sistema de ingeniería totalmente integrado SIMATIC SIMATIC STEP 7 Basic con SIMATIC SIMATIC WinCC Basic está orientado a la tarea, es inteligente y ofrece editores intuitivos y fáciles de usar para una configuración eficiente de SIMATIC S7-1200 y de los paneles de la gama SIMATIC HMI Basic Panels. SIMATIC STEP STEP 7 Basic se inspira en un marco común de ingeniería para la configuración de componentes componentes de hardware y red, esquemas de diagnóstico y mucho más. La funcionalidad de este sistema sistema es el elemento central central que otorga esta gran potencia potencia a la interacción de de controlador y HMI b) AUTOMATIZACIÓN DE CONCEPCIÓN MODULAR Y DISEÑO ESCALABLE: SIMATIC S7-1200 ofrece una interfaz PROFINET integrada, funcionalidad PROFIBUS, acceso remoto, así como funciones funciones tecnológicas integradas integradas de gran potencia y un diseño diseño escalable de de alta flexibilidad. Todo ello permite una comunicación comunicación sencilla, soluciones eficientes eficientes para las tareas tecnológicas y un ajuste perfecto a los requisitos individuales de automatización en campos de aplicación muy variados. Se va utilizar el el PLC S7-1200 CPU 1212C AC/DC/RELAY Datos Técnicos:



Figure 32.PLC Siemes S7-1200 CPU AC/DC/RELAY


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 2.3 2.3.1

DISEÑO DE CONTROL. SIMULACIÓN DISEÑO CAD.

2.3.1.1 SOLIDWORKS: SOLIDWORKS: es un software CAD (diseño asistido por computadora) computadora) para modelado mecánico en 3D, desarrollado en la actualidad por SolidWorks Corp., una filial de Dassault Systèmes, S.A. (Suresnes, Francia), Francia), para el sistema operativo Microsoft Windows. Windows. Su primera versión fue lanzada al mercado en 1995 199 5 con el propósito de hacer la tecnología CAD más accesible. El programa permite modelar piezas y conjuntos y extraer de ellos tanto planos técnicos como otro tipo de información necesaria para la producción. Es un programa que funciona con base en las nuevas técnicas de modelado con sistemas CAD. sistemas CAD. El El proceso consiste en trasvasar la idea mental del diseñador al sistema sistema CAD, "construyendo CAD, "construyendo virtualmente" la pieza o conjunto. Posteriormente todas las extracciones (planos y ficheros de intercambio) se realizan de manera bastante automatizada.

Figura 33. Símbolo de Solidworks.

2.3.1.2 LABIEW : LabVIEW (acrónimo de Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) Workbench) es una plataforma y entorno de desarrollo para diseñarsistemas, diseñarsistemas, con con un lenguaje de programación de programación visual gráfico. Recomendado para sistemas hardware y software de pruebas, control y diseño, simulado o real y embebido, pues acelera la productividad. Como se ha dicho es una herramienta gráfica de programación, esto significa que los programas no se escriben, sino que se dibujan, facilitando su comprensión. Al tener ya prediseñados una gran cantidad de bloques, se le facilita al usuario la creación del proyecto, con lo cual en vez de estar una gran cantidad de tiempo en programar un dispositivo/bloque, se le permite invertir mucho menos tiempo y dedicarse un poco más en la interfaz gráfica y la interacción con el usuario final. Cada VI consta de dos partes diferenciadas: 

Panel Frontal: El Frontal: El Panel Frontal es la interfaz con el usuario, la utilizamos para interactuar con el usuario cuando el programa se está ejecutando. Los usuarios podrán observar los datos del programa actualizados en tiempo real (como van fluyendo los datos, un ejemplo sería una calculadora, donde tú le pones las entradas, y te pone el resultado en la salida). En esta interfaz se definen los controles (los usamos como entradas, pueden ser botones, marcadores etc...) e indicadores (los usamos como salidas, pueden ser gráficas....). 38



Figura 34 Labiew Panel Frontal 

Diagrama de Bloques: es Bloques: es el programa propiamente dicho, donde se define su funcionalidad, aquí se colocan íconos que realizan una determinada función y se interconectan (el código que controla el programa --. Suele haber una tercera parte icono/conector que son los medios utilizados para conectar un VI con otros VIs.

En el panel frontal, encontraremos todo tipos de controles o indicadores, donde cada uno de estos elementos tiene asignado en el diagrama de bloques una terminal, es decir el usuario podrá diseñar un proyecto en el panel frontal con controles e indicadores, donde estos elementos serán las entradas y salidas que interactuaran con la terminal del VI. Podemos observar en el diagrama de bloques, todos los valores de los controles e indicadores, como van fluyendo entre ellos cuando se está ejecutando un programa VI.

Figura 35 LabView Diagrama de Bloques.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 

SIMULACION EN SOLIDWORK :

SolidWorks es un programa de diseño mecánico en 3D que utiliza un entorno gráfico gráfico basado en Microsoft Windows, intuitivo y fácil de de manejar. Su filosofía de de trabajo permite plasmar sus ideas de forma rápida sin necesidad de realizar operaciones complejas y lentas. Las principales características características que hace de SolidWorks una herramienta versátil y precisa es su capacidad de ser asociativo, variacional y paramétrico de forma bidireccional con todas sus aplicaciones. Junto con las herramientas de diseño de Pieza, Ensamblajes y Dibujo, SolidWorks incluye Herramientas de Productividad, de Gestión de Proyectos, de Presentación y de Análisis y Simulación que lo hacen uno de los estándares de diseño mecánico más competitivo delmercado. delmercado.

Figura 36. Diseño del sistema completa en Solidworks.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 2.3.3 COMUNICACIÓN DE SOLIDWORK CON LABVIEW: Esta integración es de muchísima ayuda en el desarrollo de Sistemas Mecatrónicos. El proceso consiste en que bajo la plataforma de NI LabVIEW con el Módulo NI LabVIEW SoftMotion y el software DS SolidWorks se ofrece este entorno de diseño para la generación de prototipos virtuales. Ustedes pueden conectar fácilmente sus modelos CAD existentes de SolidWorks a NI LabVIEW, los cuales se enlazan automáticamente a los actuadores del motor y los sensores de posición definidos en el modelo. Al usar las funciones de movimiento del módulo NI LabVIEW SoftMotion pueden desarrollar aplicaciones de control de movimiento que incluyen lógica basada en la retroalimentación de sensor.

Figura 37. Comunicación Solidworks Labiew.



2.3.4

TiaPORTAL V12.

Figura 38. Interfaz tiaPortal V12.

2.3.2.1 SIMATIC STEP 7 (TIA Portal): APLICACIONES: 









Programación PLC: Configuración y programación de los controladores SIMATIC S7-1200, S7-300, S7-400, WinAC para el controlador basado en PC y el nuevo S7-1500. Configuración de dispositivos y red para todos los componentes de automatización Diagnóstico y en línea para todo el proyecto Movimiento y tecnología para las funciones de movimiento integradas Visualización SIMATIC WinCC Basic para los SIMATIC Basic Panels es una parte incluida en el volumen de suministro

NOVEDADES: 

Innovaciones del habla

Editores eficientes de programación, programación simbólica completa 

Funciones en línea de fácil manejo

Detección de hardware, carga de software, ampliación de bloques durante el funcionamiento, simulación S7-1500 (PLCSim), DL en RUN 

Diagnóstico del sistema integrado

Concepto de visualización uniforme para STEP 7, pantalla de CPU, servidor web y HMI sin necesidad de configuración, hasta 4 seguimientos en tiempo real 

Tecnología integrada

Objetos tecnológicos para las secuencias de movimiento y funciones de control PID







2.3.5

Safety Integrated

Una única ingeniería para la automatización estándar y de seguridad con editores, diagnóstico y sistema de manejo unificados Seguridad múltiple *: Funciones de protección integradas para proyectos e instalaciones: Protección del conocimiento técnico, protección contra copias, protección de cuatro niveles contra accesos no deseados y protección contra manipulación PROTON IDE.

Figura 39. Proton IDE.

PROTON PLUS IDE es un entorno de programación basado en un BASIC estructurado orientado a entrada y salida de señales. La utilización de sencillas instrucciones de alto nivel, permite programar los Microcontroladores para controlar cualquier aplicación llevada a cabo por un proceso. Las instrucciones de PBASIC PROTON PLUS IDE permiten controlar las líneas de (entrada /salida), realizar temporizaciones, realizar trasmisiones serie asincrónica, utilizar el protocolo SPI, programar pantallas LCD, capturar señales analógicas, emitir sonidos, etc. y todo ello en un sencillo entorno de programación que facilita la creación de estructuras condicionales condicionales y repetitivas con instrucciones como IF...THEN o FOR...NEXT y la creación de etiquetas de referencia. Algunas aplicaciones de los Microcontroladores La única limitante de los Microcontroladores es su imaginación. La facilidad de un puerto abierto de (entrada / salida), la capacidad de evaluación de señales para luego decidir una acción y poder controlar dispositivos externos. Hacen que el microcontrolador sea el cerebro de los equipos. Estos son algunos ejemplos de áreas de aplicaciones: • Electrónica Industrial (Automatizaciones) • Comunicaciones e interfase con otros equipos (RS -232) • Interfase con otros Microcontroladores • Equipos de Mediciones • Equipos de Diagnósticos • Equipos de Adquisición de Datos • Robótica (Servo mecanismos) • Proyectos musicales • Proyectos de Física • Proyectos donde se requiera automatizar procesos artísticos • Programación de otros microcontroladores • Interfase con otros dispositivos de lógica TTL:



1. Teclado 2. Pantallas LCD 3. Protocolo de comunicación: RS232, I2, SPI 4. Sensores 5. Memorias 6. Real Time Clock (RTC) 7. A/D, D/A, Potenciómetros Digitales SE UTILIZO Proton IDe para programar el Pic con el Sensor Ultrasonicos y el PIC.

Figura 39. Diseño PIC 16f88 sensor ultrasónico la cual cual será programada en PROTON IDE.

2.3.6

Software de Arduino.

Figura 40. Software Arduino

2.3.6.1 LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN ARDUINO: La plataforma Arduino se programa mediante el uso de un lenguaje propio basado en el lenguaje de programación de alto nivel Processing. nivel Processing. Sin Sin embargo, es posible utilizar otros lenguajes de programación y aplicaciones populares en Arduino, Arduino ,21 debido a que Arduino usa la transmisión serial de datos soportada por la mayoría de los lenguajes mencionados. Para los que no soportan el formato serie de forma nativa, es posible utilizar software intermediario que traduzca los mensajes enviados por ambas partes para permitir una comunicación fluida. 44 DISEÑO DE SISTEMAS MECATRONICO I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 2.3.4.2 FUNCIONES: Arduino está basado en C y soporta todas las funciones del estándar C y algunas de C++.A continuación se muestra un resumen con la estructura y sintaxis del lenguaje Arduino: 2.3.4.5 VARIABLES

En cuanto al tratamiento de las variables también comparte un gran parecido con el lenguaje C. Constantes 

 



HIGH/LOW: representan los niveles alto y bajo de las señales de entrada y salida. Los niveles altos son aquellos de 3 voltios o más. INPUT/OUTPUT: entrada o salida. false (falso): Señal que representa al cero lógico. A diferencia de las señales HIGH/LOW, su nombre se escribe en letra minúscula. true (verdadero): Señal cuya definición es más amplia que la de false. Cualquier número entero diferente de cero es "verdadero", según el álgebra el álgebra de Boole, como Boole, como en el caso de 200, -1 o 1. Si es cero, es "falso".

2.3.4.8 MANIPULACIÓN DE PUERTOS Los registros de puertos permiten la manipulación a más bajo nivel y de forma más rápida de los contactos de entrada/salida del microcontrolador de las placas Arduino. Arduino .24 Los contactos eléctricos de las placas Arduino están repartidos entre los registros B(0-7), C (analógicos) y D(8-13). Mediante estas variables ser observado y modificado su estado: 





2.3.7

DDR[B/C/D]: Data Direction Register (o dirección del registro de datos) del puerto B, C ó D. Es una variable de Lectura/Escritura que sirve para especificar cuales contactos serán usados como entrada y salida. PORT[B/C/D]: Data Register (o registro de datos) del puerto B, C ó D. Es una variable de Lectura/Escritura. PIN[B/C/D]: Input Pins Register (o registro de pines de entrada) del puerto B, C ó D. Variable de sólo lectura. Control Brazo ROBOT:

Para Controlar el brazo Robot se hizo una comunicación Arduino Labiew “LabVIEW es un extenso entorno de desarrollo que brinda a científicos e ingenieros

integración con hardware sin precedentes y amplia compatibilidad. LabVIEW lo inspira a resolver problemas, acelera su productividad y le da la seguridad para innovar continuamente para crear y desplegar sistemas de medidas y control.”

Nosotros, utilizaremos las herramientas que se nos proporcionan para controlar nuestro Arduino desde el monitor de nuestro PC con una interfaz gráfica que nosotros vamos a crear.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Instalaremos la toolkit de Arduino, tendremos tendremos que cargar el sketch con la interfaz interfaz que nos proporciona LabVIEW en nuestra placa. Con LabVIEW puede lograr más en menos tiempo ya que es el único entorno de programación gráfica; bibliotecas integradas y específicas para ingeniería de funciones de software e interfaces de hardware y características para análisis, visualización y compartir datos. Esta interfaz, esto, en Firmware LVIFA_Base. LVIFA_Base. y, cargaremos los scketches. Ya estamos listos para utilizar Arduino con LabVIEW.

Figura 41. Programa Control Control Brazo Robot – LabView LabView

2.3.8

Diseño Sistema SCADA:

SCADA, aplicación software especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores para MONITORIZACIÓN, MONITORIZACIÓN, SUPERVISIÓN y MANDO de los dispositivos de campo (controladores autónomos) de instalaciones o plantas:









 

Provee de toda la información en tiempo real, generada en la producción de una planta, múltiples plantas o plantas en ubicaciones geográficas remotas. Posee la capacidad de ejecutar programas que puedan supervisar y modificar el control establecido y, bajo ciertas condiciones, anular o modificar tareas asociadas a los dispositivos de campo, evitando de esta manera la continua supervisión humana. Posibilidad de que los operadores puedan cambiar consignas u otros datos claves del proceso directamente desde el ordenador. Visualización de señales del sistema (Eventos y alarmas). Grabación de acciones o recetas, lo cual, permite configurar y poner en marcha toda una planta con una pulsación.

La monitorización y supervisión con SCADA de la producción o generación de sus plantas o instalaciones, le aporta tranquilidad, optimización y eficacia. Cualquier línea productiva o instalación pueden ser supervisadas por un sistema de esta naturaleza (SCADA), favoreciendo de esta manera, el camino hacia “la Generación Inteligente”.     

Datos en tiempo real. Manejo de la instalación. Potente herramienta de análisis. Resolución de conflictos de forma remota, investigación de averías. Poder planificar con certeza.

La suma de estos factores aporta a los procesos pr ocesos controlados con SCADA:     

La reducción de los rechazos. El control y reducción de los costes. La fiabilidad del proceso. La flexibilidad de la producción. La mejora continua de la calidad.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Figura 42. Sistemas SCAD A(Fuente http://pimg.tradeindia.com/01001961/b/1/Si http://pimg.tradeindia.com/01001961/b/1/Siemens-Scada-Hmi-Ipc.jpg) emens-Scada-Hmi-Ipc.jpg)

2.3.6. 1 Servidores OPC. A.- ¿QUÉ ES OPC? OPC(OLE Process Control), OPC es un mecanismo estándar estándar de comunicación. Interconecta Interconecta en forma libre numerosas fuentes de datos, donde se incluyen dispositivos de planta en la fábrica (PLC’s, Variadores de Frecuencia, etc.), o un banco de datos en un cuarto de control (Dispositivos

entrada/Salida (I/O)).

Figura 43 . Esquema de OPC.

OPC no es un protocolo, sino más bien un estándar para la conectividad de datos que se basa en una serie de especificaciones OPC gestionadas por la Cualquier software que sea compatible con estas especificaciones especificaciones OPC Foundation. OPC proporciona a usuarios e integradores conectividad abierta e independiente tanto del fabricante del dispositivo como del desarrollador de la aplicación Cliente. La Arquitectura de información para el proceso involucra ciertos niveles: a)

Dirección Campo: Con el advenimiento de dispositivos de campo inteligentes, del tipo SMART (Válvulas, servomecanismo, Presostatos, etc., basados en microprocesadores.), se puede integrar una gran cantidad de información, que no estaban previamente disponibles.

b)

Dirección de Procesos: La instalación de Sistemas de Control Distribuidos (DCS) y de Sistemas de Supervisión de Control y Adquisición de Datos (SCADA).

c)

Dirección de Comercio: Los beneficios pueden ser obtenidos instalando los sistemas de control apropiados. Esto se cumple integrando la información recolectada desde el proceso, hacia los sistemas comerciales que manejen los aspectos financieros del proceso industrial mediante Softwares especializados.

B.- FUNCIONAMIENTO:


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO La “abstracción de dispositivo” OPC se consig ue utilizando dos componentes OPC especializados

llamados Cliente OPC y Servidor OPC.

Figura45 .Funcionamiento de OPC.

C.- SERVIDORES OPC. Un Servidor OPC es una aplicación de software. Un driver “estandarizado” desarrollado

específicamente específicamente para cumplir con una o más especificaciones OPC. La palabra “Server” en “OPC Server” no hace referencia en absoluto al ordenador donde este

software se estará ejecutando. Hace referencia a la relación con el Cliente OPC.

Figura 46. OPC cliente.

C.2 ¿PARA QUE SE UTILIZAN LOS SERVIDORES OPC? Los Servidores OPC son conectores que se pueden asimilar a traductores entre el mundo OPC y los protocolos nativos de una Fuente de Datos. OPC es bidireccional, esto es, los Servidores OPC pueden leer de y escribir en una Fuente de Datos. La relación Servidor OPC/Cliente OPC es de tipo maestro/esclavo, lo que significa que un Servidor OPC sólo transferirá datos de/a una Fuente de Datos si un Cliente OPC así se lo pide. Los Servidores OPC pueden comunicar prácticamente con cualquier Fuente de Datos cuyos datos puedan ser leídos o escritos por medios electrónicos. Una breve lista de posibles Fuentes de Datos incluye: dispositivos, PLCs, DCSs, RTUs, instrumentos de medición, bases de datos, historiadores, software de cualquier tipo (i.e. Excel), páginas web e incluso archivos CSV (texto separado por comas) de actualización automática 49 DISEÑO DE SISTEMAS MECATRONICO I


C.3 FUNCIONAMIENTO DE LOS SERVIDORES OPC. Se presenta una visión global del funcionamiento delos Servidores OPC de Acceso a Datos; de Alarmas, Condiciones y Eventos como así también de Acceso a Datos Históricos.

7.3 Servidor de Acceso a Datos Históricos: Aunque OPC se diseñó en un principio para acceder datos a un servidor de Red, se vio que las interfaces OPC pueden ser usadas en muchas formas y lugares dentro de una aplicación. En el nivel más bajo, este puede accesar a datos proporcionados por dispositivos físicos en forma directa y/o en aplicaciones dentro de un sistema SCADA o DCS La arquitectura y el diseño de la especificación Historical Data Access Automation Interface Standard, de la Fundación OPC, hace posible que un Servidor OPC, permita activar una aplicación cliente y acceder a datos de muchos Servidores OPC u otros sistemas OPC, proporcionados por diferentes fabricantes.

8.-COMUNICAR 8.-COMUNICAR UN CLIENTE OPC DE UN DETERMINADO FABRICANTE CON SERVIDORES OPC DE OTROS FABRICANTES: Siempre que tanto el Cliente OPC como el Servidor OPC cumplan con las mismas especificaciones OPC, deben ser capaces de comunicar entre sí, independientemente de qué suministrador vengan. Es decir Nos permite permite comunicar con Varias Varias Marcas de PLC por ejemplo ejemplo siemes, Allen Bradley, Sneider, etc.

Figura 47. Scada OPC

Por lo cual se Diseño El Sistema SCADA – LabView Control del Sistema.



Figura 48. Diseño de Sistema Scada. S cada. LabView (con Servidores OPC)


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO CAPITULO III -

3.1 PLAN DE ACCION Y CRONOGRAMA DE TRABAJO.

EL proyecto de Curso de Diseño de Sistema Mecatrónica I Se siguió el Siguiente Cronograma de trabajo, la cual fue planificada planificada y ejecutado ejecutado en 3 meses de trabajo. trabajo. FECHA:

AVANCES

15/09/2014

Inicio del proyecto, planteamiento del proyecto.

22/09/2014

Búsqueda de información, recopilación de Datos.

29/09/2014

Diseño del proyecto, en CAD – Solidworks

06/10/2014

Diseño en Solidworks, Simular Movimientos con la herramientas de Solidworks motion, Solidworks Simulation.

13/10/2014

Comunicación Solidworks, con Labview, control del proceso Simulado.

20/10/2014

Comienza el trabajo Físico. Físico. Diseño y desarrollo de de la faja.

27/10/2014

Selección de motor para la Faja, Electroválvula, Bomba Dc, armar tuberías, etc. Inicio del desarrollo de brazo Robot, selección de servomotor Brazo robot.

4/11/2014 11/11/2014

Trabajo de parte electrónica del proyecto, Selección de sensores , actuadores, acondicionamiento de señales eléctricas.

18/11/2014

Programación del proyecto, microcontroladores, Programación del brazo Robot.

24/11/2014

Trabajo con el PLC S7- 1200 CPU AC/DC/Relay inicio de programación.

1/12/2014

Desarrollo del Sistema Scada con Labiew utilizando servidores OPC.

6/12/2014

Integración de todo el Sistema, desarrollo de Pruebas.

10/12/2014

Presentación de Proyecto Final.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO -

3.2 RECURSOS Y PRESUPUESTOS. El costo del Proyecto se detalla a continuación:

Cantidad

Componentes

Costo.

5

Servomotores

S/190.00

1

Sensor Ultrasonicohc-sr04

S/12.00

6

Sensor infrarrojo( fotodiodo - fotoreceptor)

S/6.00

1

Motor dc con caja de engranajes

S/20.00

1

Electrovalvula 12Vdc

S/ 30.00

1

Bomba 12 Vdc

S/30.00

1

Aluminio Plancha 1mx1m

S/25.00

2

Rodamiento

S/10.0.

Madera

S/20.00

Pernos, Tuercas

S/5.00

2

Sensor de fin de carrera

S/4.00

10m

Cablecillo

S/10.00

3

Cable solido # 16 AWGA

S/3.00

3m

Faja

S/5.00

1

Pic 16f88

S/18.00

1

Arduino Mega 2560

S/110.00

2

Contactores

S/100.00

1

PLC s7-1200 CPU 1212 AC/DC/Relay

S/1500.00

1

Bateria 5.5V – 4A

S/80.00

1

Fuente Regulable 0-24 DC x 2ª

S/60.00

Otros gastos

S/60.00

TOTAL

S/ 2298.00

El costo del proyecto fue financiado por los integrantes del grupo.



CAPITULO IV CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: 

Se logró desarrollar con El Control y Supervisión de llenado de Botellas con PLC s7-1200 y LabView usando servidores OPC, a bajo costo. Pudiéndose implementar en las empresas de sector bebidas, refrescos r efrescos en Trujillo.



Se pudo integrar y utilizar el microcontrolador microcontrolador PIC(microchip) PIC(microchip) , Arduino(Atmel), Arduino(Atmel), con alimentación y protocolos protocolos de comunicación comunicación distintos y PLC funcionando correctamente correctamente en todo el sistema.



Se diseñó la estructura Mecánica del Brazo Robot, y faja Transportadora, dimensionándolo y seleccionado el uso de los diferentes elementos.



Se hizo el diseño CAD en SolidWorks, también se simulo el proceso (de llenado llenado e Botellas+ faja transportadoras), utilizando la herramientas como es CosmosMotion, Cosmos Simulation, también se hizo la comunicación SolidWorks – LabView pudiendo hacer el control mas óptimo.



Al finalizar el proyecto utilizando la herramienta Servidores OPC se puede concluir que este Scada resulta muy eficiente y fácil de usar ya que es una herramienta que está orientado a objetos y se activa con eventos haciendo el trabajo del diseñador más sencillo. La aplicación dispone de OPC que sirven para la comunicación comunicación con dispositivos dispositivos externos como PLC diferentes Protocolos de comunicación (Profinet) y unidades de terminal remoto (RTU) en red.



La respuesta entre PLC-Labiew fue de 200 ms aprox.



Moduo DSC Labiew puede desarrollar una aplicación, sin apagar el proceso durante el desarrollo o modificación del mismo, no tiene que compilar o descargar una base de datos cada vez que se realiza una modificación. En vez de eso, usted puede agregar, borrar y modificar paneles de control, lógica, gráficos, PLCs, RTUs, E/S, y otros aparatos del campo sin interrumpir su proceso.



Se logró la Selección de las correctas botellas a llenar, siendo separadas por el brazo robot, las que no cumplían los estándares.



La desventaja de este proyecto de curso, VIII VIII ciclo, es que falto hacer un estudio estudio con un mayor número de botellas, y ver la eficiencia eficiencia del proceso, a gran escala.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO IBLIOGRAFIA: -

Diseño en Ingeniería Mecánica, Shigley, 9 edición, Editorial McGraw Hill, México 2010.

-

Tesis, “automatización del proceso del líquido en la elaboración de bebidas gaseosas”, Escuela Superior Politécnica del litoral facultad de Ingeniería Eléctrica y Computación, por Jenny merino peña. Cesar Moscoso Coello. Ecuador 2007.

-

Jose M. Angulo Usategui E. Ignacio Angulo Martinez Mar tinez - Universidad De Deusto ( Campus Victoria). Microcontroladores PIC Diseño Práctico de aplicaciones Primera parte PIC Basic y ensamblador, España, 2003.

-

http://bibdigital.epn.edu.ec/b http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/6666/1/CD-5062.pdf itstream/15000/6666/1/CD-5062.pdf

-

http://repository.upb.edu.co:8080/jspu http://repository.upb.edu.co:8080/jspui/bitstream/123456789/497/1/digi i/bitstream/123456789/497/1/digital_16911.pdf tal_16911.pdf

-

http://www.ni.com/white-paper/7906/es/

-

http://www.ni.com/white-paper/9566/en/

-

http://www.solidworks.es/

-

http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardMega2560

-

http://www.compile-it.com/protonds/prot http://www.compile-it.com/protonds/proton_ds_userguide.p on_ds_userguide.pdf df

-

http://www.protonbasic.co.uk/content. http://www.protonbasic. co.uk/content.php/141-Proton-Developme php/141-Proton-Development-Suite nt-Suite

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http://www.industry.siemens.com/topic http://www.industry.siemens.com/topics/global/es/ti s/global/es/tia-portal/controller-sw-tiaa-portal/controller-sw-tiaportal/pages/default.aspx

-

https://www.swe.siemens.com/spain https://www.swe.siemens.com/spain/web/es/industr /web/es/industry/automatizacion/simatic/ y/automatizacion/simatic/Documen Documen ts/S71200-MANUAL%20DEL%20SISTEMA.PDF

-

https://www.swe.siemens.com/spain https://www.swe.siemens.com/spain/web/es/industr /web/es/industry/automatizacion/simati y/automatizacion/simatic/Documen c/Documen ts/S71200%20-%20Folleto0411.pdf


UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ANEXOS:



Figura1 PLC s8- 1200- Contactores

Figura 2. Brazo Robot, con Arduino Mega 2560.



Figura 3. Proyecto Final Presentado en la ExpoMecatronica-UNT 2014


‘CONTROL Y SUPERVISION DE LLENADO DE BOTELLAS CON PLC S7-1200 Y LABVIEW (SERVIDORES OPC)’

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