Informe técnico final del Proyecto: Integración de celda didáctica de manufactura
Realizado en la empresa: FESTO PNEUMATICS. Área: DIDACTIC. Guadalajara
M. en C. Ana Eugenia Romo González Profesor – Profesor – investigador, investigador, UTJ Luis Eduardo Guadalupe Arias Estudiante participante para titulación: Del programa educativo: TSU Electrónica y Automatización, UTJ
Ing. Francisco J. Eguia Salazar Asesor Instructor de FESTO DIDACTIC
Guadalajara, Jalisco, 20 de Agosto de 2010
Contenido 1. Introducción ............................ .......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ .................... ...... 3 ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ...................... ........ 4 1.2 Definición del problema .......................... ......................................... ........................... ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ .................... ...... 4 1.3 Objetivo general ............................ ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ ................. .... 4 1.3.1 Objetivos particulares ........................... 1.4 Supuesto de investigación ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ................ 5 ......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ ........................... ............. 5 1.5 Justificación ........................... ......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 8 2. Fundamentos .......................... ......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ........................... ............. 8 2.1 Trayectoria de las Empresas .......................... 2.2 Razón social, giro, tamaño, ubicación ............................ .......................................... ............................ ............................. ............................. ...................... ........ 10 ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ...................... ........ 11 2.3 Celda de Manufactura ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ......................... ........... 12 2.3.1 Estación de Distribución ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ......................... ........... 12 2.3.2 Estación de Verificación ........................... 2.3.3 Estación de proceso .......................... ......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 12 ......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ...................... ........ 13 2.3.4 Estación de Manipulación ........................... .......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ...................... ........ 13 2.3.5 Estación de Clasificación ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. .................... ...... 13 2.3.6 Estación de Robot ............................ 2.3.7 Estación de Ensamble ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ ............. 13 .......................................... ............................ ............................. ............................. ........................... ............... .. 14 2.3.8 Estación de Almacenamiento ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ ............... .. 14 2.4 Sistemas Automatizados. ............................ ......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ......................... ........... 16 2.4.1 Función de un solenoide .......................... ........................................... ............................. .................... ...... 16 2.4.2 Válvulas distribuidoras accionadas eléctricamente ............................ ......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ......................... ........... 17 2.4.3 Pulsadores y selectores. .......................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ............................ .................... ...... 18 2.4.4 Sensorica. ........................... .......................................... ............................ ............................. ............................. ........................... ............. 18 2.4.4.1 Detectores de proximidad ............................ 2.4.4.1.1 Detectores Reed ........................... ......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ...................... ........ 19 .......................................... ............................ ............................ .................. .... 19 2.4.4.1.2 Sensores de proximidad inductivos ............................ ......................................... ............................ ............................. ....................... ........ 20 2.4.4.1.3 Sensor de proximidad capacitivo ........................... ......................................... ............................ ............................. ............................ ............... .. 20 2.4.4.1.4 Sensor de proximidad óptico ........................... 2.4.4.1.5 Barreras de luz ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ......................... ........... 20 .......................................... ............................ ............................. ............................. ...................... ........ 20 2.4.4.1.6 Sensor de retroreflexión ............................ ........................................ ............................ ............................. ............................. .................... ...... 21 2.4.4.1.7 Sensor de reflexión directa .......................... ......................................... ............................ ............................. ............................. ........................... ............... .. 21 2.4.4.1.8 Sensores de presión ........................... 2.4.5 Relés y contactores ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 21 2.4.6 Controladores Lógicos Programables (PLC). ........................... ......................................... ............................ ............................ .................. .... 22 .......................................... ............................. ........................... ............. 23 2.4.7 Comunicación en bus de campo cam po PROFIBUSS. ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 25 2.4.8 Robótica Operativa. ........................... 2.4.8.1 Programación del Robot Comandos Básicos de Melfa Basic IV ........................... ................................. ...... 26 26 ......................................... ............................. .................... ...... 26 2.4.8.2 Comando de movimientos mediante el teach-in .......................... ................................................... .................. .... 27 2.4.8.3 Guardar posiciones del robot mediante el teach-in . ..................................... ........................................... ............................ ............................ ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ......................... ........... 27 3. Método ............................ 3.1 Fase 1 ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................. ..................... ...... 27 3.2 Fase 2 ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................. ..................... ...... 28 .......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 29 4. Resultados ............................ .......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ .................... ...... 30 5. Conclusiones y recomendaciones ............................ .......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 31 6. Bibliografía ............................ 7. Anexos ............................ ........................................... ............................ ............................ ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ......................... ........... 32
Contenido 1. Introducción ............................ .......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ .................... ...... 3 ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ...................... ........ 4 1.2 Definición del problema .......................... ......................................... ........................... ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ .................... ...... 4 1.3 Objetivo general ............................ ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ ................. .... 4 1.3.1 Objetivos particulares ........................... 1.4 Supuesto de investigación ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ................ 5 ......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ ........................... ............. 5 1.5 Justificación ........................... ......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 8 2. Fundamentos .......................... ......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ........................... ............. 8 2.1 Trayectoria de las Empresas .......................... 2.2 Razón social, giro, tamaño, ubicación ............................ .......................................... ............................ ............................. ............................. ...................... ........ 10 ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ...................... ........ 11 2.3 Celda de Manufactura ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ......................... ........... 12 2.3.1 Estación de Distribución ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ......................... ........... 12 2.3.2 Estación de Verificación ........................... 2.3.3 Estación de proceso .......................... ......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 12 ......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ...................... ........ 13 2.3.4 Estación de Manipulación ........................... .......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ...................... ........ 13 2.3.5 Estación de Clasificación ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. .................... ...... 13 2.3.6 Estación de Robot ............................ 2.3.7 Estación de Ensamble ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ ............. 13 .......................................... ............................ ............................. ............................. ........................... ............... .. 14 2.3.8 Estación de Almacenamiento ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ ............... .. 14 2.4 Sistemas Automatizados. ............................ ......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ......................... ........... 16 2.4.1 Función de un solenoide .......................... ........................................... ............................. .................... ...... 16 2.4.2 Válvulas distribuidoras accionadas eléctricamente ............................ ......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ......................... ........... 17 2.4.3 Pulsadores y selectores. .......................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ............................ .................... ...... 18 2.4.4 Sensorica. ........................... .......................................... ............................ ............................. ............................. ........................... ............. 18 2.4.4.1 Detectores de proximidad ............................ 2.4.4.1.1 Detectores Reed ........................... ......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ...................... ........ 19 .......................................... ............................ ............................ .................. .... 19 2.4.4.1.2 Sensores de proximidad inductivos ............................ ......................................... ............................ ............................. ....................... ........ 20 2.4.4.1.3 Sensor de proximidad capacitivo ........................... ......................................... ............................ ............................. ............................ ............... .. 20 2.4.4.1.4 Sensor de proximidad óptico ........................... 2.4.4.1.5 Barreras de luz ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ......................... ........... 20 .......................................... ............................ ............................. ............................. ...................... ........ 20 2.4.4.1.6 Sensor de retroreflexión ............................ ........................................ ............................ ............................. ............................. .................... ...... 21 2.4.4.1.7 Sensor de reflexión directa .......................... ......................................... ............................ ............................. ............................. ........................... ............... .. 21 2.4.4.1.8 Sensores de presión ........................... 2.4.5 Relés y contactores ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 21 2.4.6 Controladores Lógicos Programables (PLC). ........................... ......................................... ............................ ............................ .................. .... 22 .......................................... ............................. ........................... ............. 23 2.4.7 Comunicación en bus de campo cam po PROFIBUSS. ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 25 2.4.8 Robótica Operativa. ........................... 2.4.8.1 Programación del Robot Comandos Básicos de Melfa Basic IV ........................... ................................. ...... 26 26 ......................................... ............................. .................... ...... 26 2.4.8.2 Comando de movimientos mediante el teach-in .......................... ................................................... .................. .... 27 2.4.8.3 Guardar posiciones del robot mediante el teach-in . ..................................... ........................................... ............................ ............................ ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ......................... ........... 27 3. Método ............................ 3.1 Fase 1 ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................. ..................... ...... 27 3.2 Fase 2 ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................. ..................... ...... 28 .......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 29 4. Resultados ............................ .......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ .................... ...... 30 5. Conclusiones y recomendaciones ............................ .......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 31 6. Bibliografía ............................ 7. Anexos ............................ ........................................... ............................ ............................ ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ......................... ........... 32
1. Introducción I ntroducción
FESTO PNEUMATIC es una compañía alemana, presente a nivel Internacional, líder en el desarrollo tecnológico en el área de la automatización, con un gran compromiso hacia la investigación y enseñanza de los avances tecnológicos; debido a esto, FESTO creó la división FESTO DIDACTIC para la capacitación en el campo de producción y automatización de procesos. FESTO DIDACTIC es proveedor de equipo para centros de aprendizaje y salas de entrenamiento en tecnologías de la automatización y mecatrónica, por ello en las universidades de todo el mundo donde se forman ingenieros en mecatrónica o en tecnotrónica, ingeniería en mantenimiento industrial, electrónica y automatización, control automático o electrotecnia; se implementan estos sistemas de enseñanza practica. La Universidad del Valle de México (UVM) campus sur Guadalajara compró una celda didáctica de manufactura a FESTO DIDACTIC; este tipo de celda es un sistema de entrenamiento multidisciplinario que puede ser aprovechado por diversas áreas, principalmente: Mecánica, Electricidad, Electrónica, Mantenimiento Industrial, Automatización y Control; la la celda es una fabrica a escala y se utiliza utiliza como un sistema de enseñanza profesional para la enseñanza interdisciplinaria en la formación de técnicos, tecnólogos e ingenieros, ya que contribuye de forma decisiva a la explicación de temas complejos como el mantenimiento, logística y producción, en sistemas de manufactura y producción flexibles. El proyecto para la institución educativa UVM consiste en: continuar la integración de la celda de manufactura; esto implica el aspecto mecánico, eléctrico, programación de los controladores lógicos programables (PLC), comunicación por red, ajuste de sensores y puesta a punto de todo el equipo; se pudo confiar parte de esta tarea a un servidor debido a que un servidor participó en la competencia “World Skills” Internacional 2009 representando México en la competenc ia de mecatrónica, y de hecho estos sistemas modulares de manufactura y proceso mecatrónicos son los que FESTO, como patrocinador oficial de las competencias, utiliza para las tareas de competición, donde el objetivo es armar, programar y poner a punto sistemas mecatrónicos; son esas maquinas las que FESTO provee a las universidades.
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Para realizar la integración de este tipo de celda de manufactura, es necesario tener conocimientos sobre neumática, electrónica, programación de PLC, Robótica operativa, sensorica, interpretación de diagramas, y en el ensamblado de equipos; en el presente documento se presenta la implementación.
1.2 Definición del problema
En el área de la automatización no se cuenta con un equipo que integre por completo las tecnologías modernas y lo que impacta en la formación de los estudiantes así como, en el sector productivo e Industrial ya que se ha observado bajo nivel técnico en los alumno, falta de desarrollo de habilidades y reforzamiento de conocimientos aprendidos en el aula Los conocimientos adquiridos en los planes curriculares en la mayoría de las universidades son insuficientes en el área práctica y no están acorde con los requerimientos laborales, por lo que para poder alcanzar las expectativas en el desarrollo de los Ingenieros es necesario innovar los equipos de enseñanza.
1.3 Objetivo general
Integrar una celda didáctica de manufactura de la empresa FESTO aérea DIDACTIC para el aprendizaje de estudiantes de Ingeniería en Mecatrónica.en la Universidad del Valle de México (UVM) – Unidad Guadalajara.
1.3.1 Objetivos particulares
Mejorar la calidad de los conocimientos de los egresados de nivel superior del área de mecatrónica, acorde con los requerimientos de la industria en Jalisco. Alcanzar estándares internacionales sobre el conocimiento, la puesta a punto, mantenimiento y optimización en sistemas mecatrónicos. Capacitar a los estudiantes en los sistemas automatizados del proceso de manufactura y se encuentre apto para pruebas. 4
1.4 Supuesto de investigación
Dado que la celda de manufactura didáctica es una fábrica a escala, el estudiante logrará aprender cómo se realizan los procesos industriales de una forma real, ya que los dispositivos y equipos con los que cuenta la celda son industriales.
1.5 Justificación
Con una celda de manufactura en la institución educativa, los alumnos aplicaran lo comprendido en clase y se podrán conocer los detalles técnicos y fallas comunes que se pueden encontrar en la industria. La institución educativa podrá ofrecer un mayor valor académico y profesional a los aspirantes a Ingeniería. Ya que la UVM es reconocida a nivel internacional (Laureate International Universities) se realice la transferencia de esta herramientas en las UVM con cedes España, Francia, Suiza, EUA, Chile, Perú, Costa Rica o Panamá La utilización cada vez más difundida de componentes de mecatrónica en la fabricación de maquinaria permitirá crear productos con funciones nuevas. Con el apoyo de la institución educativa, se demostrara que en Jalisco se cuenta con personas capacitadas para la demanda de las corporaciones industriales, entonces podremos seguir manteniendo a Jalisco como un estado de tecnología y manufactura de alto desempeño, lo que contribuye a mejorar la economía del estado. La celda de manufactura puede incluirse en el plan de estudios de la UVM en distintas asignaturas del “área profesional obligatoria ”, como: Proyecto Mecatrónico, Principios de Programación, Electrónica, Sistemas de Lógica Combinatoria, Control Analógico, Diseño de Mecanismos y Maquinas, Electrónica Avanzada, Control Digital, Sensores e Interfaces, Sistemas de Producción I, Robótica I, Temas Selectos de Control, Control de Calidad, Mecanismos, Equipos Hidráulicos y Neumáticos, Sistemas de Lógica Secuencial, Microcontroladores y PLC´S, Automatización básica de Procesos; y del “área profesional optativa ”, tales como: Diseño de Maquinas Industriales, Dispositivos Automatizados, Interconexiones de los Sistemas, Procesamiento de Imágenes Digitales, Procesos de Manufactura, Robótica II, Sistemas Flexibles de Manufactura, y Tecnologías Cad-Cam-Cae. 5
Al implementar una celda de manufactura didáctica, el alumno puede practicar utilizando equipo industrial real, con un sistema mecatrónico y con programas Internacionales. Jalisco será por tercera ocasión el estado que representara México en el concurso internacional “World Skills”, que se realizará en Londres en el año 2011, de igual modo en el área de Mecatrónica; es necesario que esto continué, ya que a nuestro estado le da un valor curricular, para que diversas empresas sigan viendo a Jalisco como sede de sus corporaciones y fabricas. Actualmente tenemos una posibilidad latente de que Jalisco sea la sede de la Agencia Espacial Mexicana (AEXA), un organismo público descentralizado, sectorizado a la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, y será la encargada de diseñar y ejecutar política espacial en México, así como de programas espaciales tanto nacionales y comerciales, transporte espacial tripulado, área satelital, capacidad de manufactura, desarrollo de nuevas tecnologías entre otras; por ello las instituciones educativas deben adquirir un mejor equipo didáctico para los alumnos (Industrial Community, Guadalajara Año2 / No. 21- Junio 2010). La Universidad Tecnológica de Jalisco (UTJ) ha sido la sede de las conferencias nacionales de la Industria aeronáutica, aún cuando la UTJ no cuenta con una celda de manufactura, es por ello que la UVM debe trabajar para conseguir lo novedoso en equipo de enseñanza y lograr los objetivos de los fabricantes. Gracias a la automatización de procesos, los fabricantes pueden lograr sus objetivos y mantener, a la vez, niveles de calidad y confiabilidad más altos y es allí donde las universidades trabajan con la mecatrónica, para poder trabajar sobre esa necesidad. Un alumno puede aprender de manera teórica sobre un dispositivo, pero no es, sino hasta cuando comienza a utilizarlo físicamente, cuando se vuelve experto sobre ese dispositivo; por ello, al implementar una celda de manufactura didáctica se esta, en realidad, capacitando de manera muy practica y dejando en la mente lo aprendido teóricamente al alumno, quien lograra saciar las necesidades de la industria. Tenemos que recordar que la automatización se encuentra en todas partes, tan solo hablando del sector industrial, podemos encontrar el sector alimenticio, la industria textil, las empresas dedicadas a crear autos o computadoras, en fin; un alumno que aprende mecatrónica lograra desenvolverse de manera eficiente en estos sectores y mas a un en los sectores que falta por automatizar. 6
Los dispositivos con los que cuenta esta celda de manufactura de la compañía FESTO, cuentan con el mismo principio y son aplicables de manera directa a nivel industrial; por lo que no sería raro que el estudiante encuentre en la empresa los mismos dispositivos de la celda de manufactura, en las diversas maquinas que tenga la empresa, o que cuando el estudiante diseñe una maquina o automatice un proceso, utilice la mayor parte de estos componentes en su proyecto. Además, implementar una celda de manufactura en la universidad, contribuye al aprendizaje de distintas generaciones de ingenieros, y seguirá siendo práctica aun para nuevas generaciones de estudiantes.
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2. Fundamentos
La Universidad del Valle de México es una institución que, de manera integral, educa con un equilibrio entre los enfoques científico-tecnológico y ético-cultural, acordes con las necesidades sociales, la búsqueda de la verdad y el bien común; fundamentándose en su Filosofía Institucional y su Modelo Educativo. La Universidad del Valle de México se proyecta como una Institución educativa de prestigio nacional, con vínculos internacionales. Competitiva por su Modelo Educativo, sus acreditados programas académicos y su carácter proactivo, prospectivo, flexible e innovador. Garantiza para sus egresados una congruencia social por su formación como individuos de calidad, íntegros y competitivos, proveedores de conocimientos y habilidades, con decidida actitud de liderazgo y comprometidos con su actualización permanente y la búsqueda de la verdad y el bien común. Por su parte, FESTO es líder mundial en soluciones en automatización de procesos y líneas de producción en la industria, ofrece una gama completa de productos y servicios con valor agregado que contribuyen a incrementar la competitividad del sector Industrial a través de la experiencia de más de 200 ingenieros especialistas y una cobertura de 44 puntos de venta en la República Mexicana. FESTO DIDACTIC ofrece material didáctico y capacitación en técnica de mando neumática, hidráulica y electrónica, así como asesoría, consultoría industrial y prestación de servicios técnicos.
2.1 Trayectoria de las Empresas
La Universidad del Valle de México (UVM) inició sus funciones el 16 de noviembre de 1960 en la Institución Harvard, con una población de 212 estudiantes, 23 profesores y 14 colaboradores administrativos impartiendo los niveles básico, medio básico y medio superior, con las licenciaturas en Contaduría Pública y Administración de Empresas, desincorporando posteriormente los primeros dos niveles para concentrar sus actividades en los niveles medio superior y superior.
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A partir de 1976 la Universidad comienza su expansión con la apertura de diversos planteles ubicados estratégicamente en el Distrito Federal, área metropolitana de la Ciudad de México e interior de la República: San Rafael “Alma Mater” 1960
Roma 1976 San Ángel 1977 Tlalpan 1979 Lomas Verdes, Edo. de Méx. 1982 Juriquilla, Qro. 1988 Chapultepec 1993 Lago de Guadalupe, Edo. de Méx. 1997 Villahermosa, Tab. 1998 San Luis Potosí, S.L.P. 1999 Tuxtla Gutiérrez, Chis. 1999 Texcoco, Edo. de Méx. 2000 Aguascalientes, Aguascalientes 2001 Puebla, Puebla 2002 Toluca, Edo. de Méx. 2003 Guadalajara Sur, Jalisco 2004 Saltillo, Coahuila 2004 Hispano Edo. de Méx. 2004 Hermosillo, Sonora 2005 Torreón, Coahuila 2005 Nogales, Sonora 2006 Mexicali, Baja California 2006 Cuernavaca, Morelos 2006 Monterrey, Nuevo León 2007 Guadalajara Norte, Jalisco 2007 Santa Fe, 2007 Reynosa, Tamaulipas 2007 Nuevo Laredo, Tamaulipas 2007 Matamoros, Tamaulipas 2007 Tampico, Tamaulipas 2007 Victoria, Tamaulipas 2007 Mérida, Yucatán 2008 Coyoacán, 2008 Cumbres, Monterrey 2008 Zapopan, Jalisco 2008 Chihuahua, Chihuahua 2010
Por otra parte, la compañía FESTO fue fundada en Esslingen en 1925 por el Sr. Gottlieb Stoll, cuya misión original era el desarrollo, producción y venta de máquinas de la más alta calidad para el tratamiento de madera; pero en 1955, FESTO es una de las primeras empresas en visualizar el potencial de la 9
neumática y empezar el desarrollo para producir y vender componentes neumáticos en la nueva era. En 1969 fue la fundación de la división FESTO DIDACTIC. Festo Pneumatic S.A. se constituye legalmente en 1971 en México, en 1974 tuvo un inicio de actividades con 9 empleados y domicilio en la colonia industrial vallejo de la Ciudad de México. 1977-1981, fue la apertura de las oficinas de Neumática y Didáctica: Guadalajara, Monterrey, Puebla y Querétaro. En el año de 1983 fue la inauguración del edificio actual en Tlalnepantla Estado de México; Desde 1985 a 2004, Festo creció a nivel Nacional para llegar a 44 oficinas ubicadas en todo México. FESTO cuenta con 40 años de experiencia en el campo de la instrucción y con 20 en el de la optimización de procesos. Con experimentados oradores y asesores, así como lo adecuado de los formatos, permiten augurar el éxito de sus empleados y de su empresa, de forma eficaz y probada.
2.2 Razón social, giro, tamaño, ubicación
El proyecto en el que se trabajó fue implementado en la Universidad del Valle de México campus Sur Guadalajara, Jalisco (Apertura del campus en el año 2004). Ubicada en anillo periférico sur no. 8100 C.P 45601 Es una Institución enfocada al estudio seglar con niveles de educación media, superior y posgrados. El proyecto se lleva a cabo en el laboratorio de Ingeniería en Mecatrónica de la Universidad del Valle de México campus sur Guadalajara Jalisco.
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FESTO cuenta con 28 compañías en Europa (Festo AG & Co. KG), 9 compañías en América (Festo Didáctica GmbH & Co. KG) y 16 compañías en Asia (Beck IPC GmbH). Sostiene una venta anual de €1.22 billones en 176 países en el mundo. Líder en Automatización y Tecnologías innovadoras involucradas en el desarrollo de productos (Ingeniería mecánica, Electrónica, Ingeniería de fluidos, Mecatrónica, Procesamiento de datos y sensores integrados, Microtecnología, Piezotecnología e Ingeniería de polímetros. Festo Automatización Ubicado en Anillo Periférico Poniente No. 10115 Fracc. Parque Industrial, El Colli Guadalupe, C.P. 45069 Zapopan, Jalisco. Tel.: 01800 3378 669
2.3 Celda de Manufactura
Una celda de manufactura de FESTO provee como producto terminado cilindros neumáticos de simple efecto; el proceso representa desde la distribución de materia prima (cuerpo de cilindro, vástagos, muelles y tapa), la verificación de los cuerpos, ensamble de piezas, almacenaje y distribución clasificada por color, para ello comprende cinco estaciones de trabajo unidas por un sistema de transporte de piezas (Conveyor), a su vez cuatro estaciones de ellas están compuestas de dos módulos de proceso que pueden trabajar de modo independiente, o en conjunto. Las estaciones con que cuentan son de:
Distribución Verificación Proceso Manipulación Clasificación Manipulación 2 Almacenamiento Ensamble con Robot
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La celda de manufactura diseñada para la UVM consta de los componentes mencionados y el proceso que se realizó en la empresa consistió en ensamblar, integrar y realizar la puesta a punto de la celda. El único componente que no se integró es una estación de visión.
2.3.1 Estación de Distribución
Esta estación de trabajo fue diseñada para separar piezas de trabajo fuera del sistema de contenedores por gravedad, cuenta con la capacidad de almacenar un mínimo de ocho piezas, provista con un cilindro doble efecto que empuja las piezas fuera del contenedor y por me dio de un sistema de “tomar y colocar” transfiere las piezas hacia la siguiente estación.
2.3.2 Estación de Verificación
Es diseñada para proporcionar identificación de las características del material, como son el color de las piezas de trabajo (rojo, negro, metalizado) y para medir altura de las piezas de trabajo por medio de un sensor analógico lineal. El elemento principal de una estación de verificación es la adquisición de información y las características especificas, para que como resultado tengamos una pieza aceptable o no aceptable para el proceso, bajo este principio trabaja la maquina.
2.3.3 Estación de proceso
“Proceso” es un término general para las operaciones de producción para formar,
modificar, definir una forma geométrica y crear cuerpos definidos partiendo de la materia prima. El diseño de la estación permite que las piezas de trabajo sean transportadas y procesadas por medio de actuadores eléctricos manejados en una tabla de indexación. La función de la estación de proceso es el de procesar el cuerpo básico de un cilindro neumático para ensamblar.
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2.3.4 Estación de Manipulación
Diseñada para Transportar y seleccionar piezas, dichas piezas deberán ser detectadas por un sensor óptico y con la ayuda de una pinza neumática, distinguir piezas de diferentes colores y remover piezas desde el reten. Separa piezas de trabajo por color (rojas, negras o plateadas) y los dos tipos de pieza que no se utilicen en el momento las depositan en dos rampas contenedoras. El tipo de pieza que se utiliza en el momento de la manufactura la pasa a la siguiente estación. Utiliza componentes de manipulación industriales.
2.3.5 Estación de Clasificación
Esta estación consiste en separar el producto terminado hacia tres rampas, la distinción de los cilindros se lleva acabo por medio de sensores y con actuadores neumáticos se guía a que rampa corresponde cada pieza.
2.3.6 Estación de Robot
La estación de ensamble con Robot fue diseñada para ensamblar piezas de trabajo, reconoce el tipo de pieza a ensamblar por medio de un conjunto de sensores y cuenta con un dispositivo de proceso para encontrar la correcta orientación de dichas piezas. Cuenta con un actuador simétrico para el correcto ensamble de las mismas. El Robot puede transportar piezas de trabajo, manipular componentes y realizar ensambles gracias a los grados de libertad con los que cuenta, es un Robot RV2AJ incluye el controlador.
2.3.7 Estación de Ensamble
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La estación de ensamble trabaja junto con la estación del robot, ya que la estación de ensamble provee las siguientes piezas y componentes del cilindro a manufacturar. Su función es para montaje de cilindros a partir de los siguientes elementos: Cuerpo, émbolo, muelle y tapa. Se ensambla a diferentes diámetros de émbolos. Se dispone de este material (cuerpo, émbolo, muelle y tapa ) para los dos tipos de cilindros a manufacturar que son grandes (rojos y plateados) y pequeños (negras).
2.3.8 Estación de Almacenamiento
Esta estación fue diseñada para el almacenamiento y retiro del producto terminado de manera automática. La estación es precisa en su función, puede almacenar las piezas de trabajo en una matriz de almacenamiento, para lograr eso utiliza sistemas electromecánicos, como motores y ejes lineales industriales. Las estaciones se unen a través de una banda transportadora, en la cual es necesario el ajuste mecánico. Para lograr la integración de la celda de manufactura, es necesario comprender los fundamentos de las técnicas de automatización, posteriormente se analizan los diagramas eléctricos, mecánicos y neumáticos, así como en la función paso a paso del procedimiento de trabajo de cada estación; a continuación se presentan las áreas de conocimiento para la persona encargada de la integración de una celda de manufactura mecatrónica.
2.4 Sistemas Automatizados.
La palabra neumática proviene del griego Pneuma, que significa soplo o aliento, este término describe la incorporación de aire comprimido para realizar trabajos mecánicos, es decir, para producir movimiento y para generar fuerzas. Un sistema neumático básico se compone de dos secciones principales, el sistema de producción (compresor) y sistema de distribución a trabajo.
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El primer elemento del sistema de distribución a trabajo es la unidad de mantenimiento comúnmente llamado FRL (Filtro, Regulador, Lubricador). El cual tiene la misión de extraer del aire todas las impurezas y humedad, limitar la presión de la fuente a una presión de trabajo, lubricar o mandar aceite atomizado hacia los elementos de control y trabajo del sistema neumático. Cada uno de los módulos de la celda de manufactura está provista de una unidad de mantenimiento FR. El siguiente nivel del sistema de distribución a trabajo son las válvulas; las Válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro o la dirección determinando el paso de aire entre sus vías; así como, la presión o el flujo del aire comprimido en un circuito neumático. Estas válvulas se describen por: el número de vías, el número de posiciones, su posición normal (no activada) y el método de accionamiento. Se puede clasificar en dos tipos de válvulas, monoestables y biestables; las válvulas monoestables tienen una posición preferencial definida, a la cual vuelve automáticamente cuando desaparece la señal en sentido contrario. Las válvulas biestables no tienen una posición preferencial y permanecen en cualquier posición hasta que se activa una de las dos señales de impulso, por ello también son llamadas válvulas de memoria. Para interpretar el funcionamiento de una válvula por medio de su símbolo en un diagrama, es necesario comprender lo siguiente:
Las válvulas se representan con cuadros. La cantidad de cuadros indica la cantidad de posiciones Las vías (orificios controlados por la válvula) se representan esquemáticamente en su interior por flechas que indican a su vez la circulación del fluido. Las vías cerradas se representan por medio de líneas transversales. Las conexiones a la válvula se presentan por trozos unidos al cuadrado que indican la posición de reposo. La nomenclatura para identificar las conexiones son las siguientes: 2,4 para utilización (actuadores neumáticos); 1 alimentación (compresor); 3,5 descargas (desfogue a la atmósfera); 12, 14 conexiones de pilotaje (mandos).
Los mandos se refieren a la forma de accionamiento de las válvulas (eléctrico, mecánico, neumático etc.) 15
La siguiente etapa del sistema de distribución neumático, son los actuadores finales; la celda de manufactura contiene cilindros, pinzas, y actuadores rotativos. Los cilindros neumáticos se pueden clasificar en dos tipos: Simple efecto y Doble efecto, sus dos dimensiones importantes son el diámetro y la carrera.
El cilindro de simple efecto, solo provee fuerza en un solo sentido de la carrera, y el retorno a su posición inicial lo efectúa por medio de un muelle; la fuerza de avance es reducida por el resorte aproximadamente 10%, y la fuerza de retroceso es baja aprox. 10% de la fuerza de avance El cilindro doble efecto provee fuerza de trabajo en ambos sentidos de la carrera, dado que la presión se aplica en ambos lados del émbolo interno.
Cuando el trabajo a realizar no lo puede hacer un cilindro neumático lineal, se recurre a los actuadores rotativos o actuadores para sujeción de elementos; y de hecho la celda de manufactura, en sus diversas estaciones, utiliza estos elementos que en conjunto de un diseño mecánico, dan soluciones a los procesos de la celda de manufactura.
2.4.1 Función de un solenoide
Cuando una corriente eléctrica atraviesa un conductor, se induce un campo magnético. La fuerza del campo magnético es proporcional a la intensidad de la corriente. Los campos magnéticos atraen el hierro, el níquel y el cobalto. La atracción aumenta con la fuerza del campo magnético. En los mandos electroneumáticos, los solenoides se utilizan preferentemente para controlar la conmutación de válvulas, relés y contactores.
2.4.2 Válvulas distribuidoras accionadas eléctricamente
Cuando la neumática convencional llega a sus límites físicos y se necesitan soluciones complejas y económicas, la electrónica nos proporciona otros caminos viables y mayores posibilidades. La fusión de la neumática con la electrónica nos lleva a la creación de una materia de características muy particulares, de tal manera que obtendremos un control, precisión y accionamientos prácticos a distancia. 16
Un sistema de control electroneumático trabaja con energía eléctrica en la selección de control de señales y aire comprimido en la sección de potencia. Las válvulas distribuidoras accionadas eléctricamente (electroválvulas) forman el interface entre las dos partes de un control electroneumático. Son activadas por las señales de salida de la sección de control y distribuyen el aire en la sección de potencia. Abrir y cerrar la alimentación de aire, controlar el avance y retroceso de cilindros, son tareas importantes de las electroválvulas distribuidoras; para ello el control se lleva a cabo por medio de un solenoide, que al ser excitado las fuerzas del campo magnético fuerzan al inducido hacia arriba contra la fuerza del muelle, haciendo así el cambio de apertura o cierre de las vías de la válvula; por ello el solenoide debe ser grande para crear un campo magnético lo suficiente mente fuerte para mover el carrete y provocar la conmutación. La celda de manufactura de este proyecto, comprende electroválvulas servopilotadas, es decir, que a diferencia de las electroválvulas de accionamiento directo, estos dispositivos están provistos de una pequeña electroválvula, que al ser accionada conducen el aire hacia la superficie superior del carrete de la válvula que va a distribuir directamente hacia los actuadores o cilindros neumáticos; con el objetivo de ser más eficientes y logrando que la solenoide sea chica y de menor consumo eléctrico, pero a diferencia de las electroválvulas de accionamiento directo, se necesita una presión mínima de alimentación (presión de mando) para accionar una válvula pilotada contra la fuerza del muelle,según el tipo se halla entre 2 y 3 bar. 2.4.3 Pulsadores y selectores.
Para aplicar una corriente a una carga o para interrumpir un circuito se utilizan interruptores. Según su comportamiento, estos interruptores se dividen en pulsadores y selectores.
Los selectores son interruptores que quedan mecánicamente enclavados en la posición seleccionada. La posición de conmutación permanece inalterable hasta que se selecciona la otra posición. Ejemplo: Selector de modo Automático/ Manual. Los pulsadores son interruptores que sólo mantienen la posición de accionamiento mientras el interruptor está activado (presionado). Ejemplo: Pulsador de Marcha. 17
Las estaciones de proceso de la celda de manufactura, están equipadas con un panel de operación provisto de tres pulsadores (START, STOP y RESET) y de un selector para modo AUTOMÁTICO y modo MANUAL. A demás de indicadores luminosos y entradas/salidas hacia el PLC.
2.4.4 Sensorica.
Un sensor es un dispositivo para detectar y señalar una condición de cambio. ¿Y que es esta condición de cambio? Con frecuencia se trata de la presencia o ausencia de un objeto o material (detección discreta). También puede ser una cantidad capaz de medirse, como un cambio de distancia, tamaño o color (detección analógica) Esta información o salida del sensor, es la base del proceso de monitoreo y control de un proceso de fabricación. Los sensores tienen la tarea de medir información y transferirla a la parte de procesamiento de las señales de forma que pueda ser fácilmente procesada. Existen distintos tipos de sensores utilizados para la automatización y no es la excepción en el proyecto de la celda de manufactura:
De accionamiento mecánico
Detectores de proximidad (sin contacto)
2.4.4.1 Detectores de proximidad
A diferencia de los finales de carrera mecánicos, los detectores de proximidad funcionan sin contactos internos y sin que haya una fuerza externa que los accione. Por ello, los detectores de proximidad tienen una larga vida útil y una elevada fiabilidad de conmutación. Hay que distinguir entre los siguientes tipos de detectores de proximidad:
Detectores Reed (con contacto interno) Detectores de proximidad inductivos Detectores de proximidad capacitivos Detectores de proximidad ópticos 18
2.4.4.1.1 Detectores Reed
Son sensores de proximidad accionados magnéticamente. Consisten en dos contactos Reed dentro de un tubo de cristal con gas inerte. El campo de un imán hace que los contactos se cierren, permitiendo que fluya la corriente.
Los actuadores de las estaciones de la celda, tienen provisto sensores magnéticos para detección de la posición del embolo en todos los actuadores neumáticos. Los detectores de proximidad inductivos, capacitivos y ópticos son sensores electrónicos. Normalmente tienen tres hilos para su conexionado.
Hilo para alimentación de tensión (café) Hilo para masa (azul) Hilo para la señal de salida (negro)
En estos sensores, no hay contactos internos que se muevan físicamente. En lugar de esto, la salida queda unida a la tensión de la alimentación o a la masa. Hay dos tipos de sensores electrónicos, en relación con la polaridad de la tensión de salida.
En los sensores de conmutación a positivo (PNP), la tensión de salida es cero cuando no se detecta pieza. La proximidad de una pieza hace conmutar la salida, aplicándole el positivo de la tensión de alimentación. En estos sensores la carga se conecta entre la salida y el negativo. En los sensores de conmutación a negativo (NPN) la tensión de salida también es cero cuando no se detecta pieza. La proximidad de una pieza hace conmutar la salida aplicándole el negativo de la tensión de alimentación. En estos sensores, la carga se conecta entre loa salida y positivo.
2.4.4.1.2 Sensores de proximidad inductivos
Estos sensores pueden utilizarse para detección de materiales conductores. Además de metales, esto incluye por ejemplo el grafito.
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En las estaciones como la de proceso, manipulación y clasificación se utiliza este tipo de sensores, sea para conocer la posición de un actuador, tener encuentra si un actuador llego a una posición o saber si el tipo de material corresponde a los metales
2.4.4.1.3 Sensor de proximidad capacitivo
Estos sensores no sólo reaccionan a materiales conductores (como metales), sino también ante aislantes de gran rigidez dieléctrica (como plásticos, vidrio, cerámica, fluidos y madera).
2.4.4.1.4 Sensor de proximidad óptico
Los sensores de proximidad ópticos utilizan medios ópticos y electrónicos para la detección de objetos. Se utiliza luz roja o infrarroja. Pueden utilizarse fibras ópticas de polímero dada la baja atenuación de la luz de su longitud de onda. Hay que distinguir tres tipos diferentes de sensores de proximidad:
Barreras de luz Sensores ópticos de retroreflexión Sensores ópticos de reflexión directa
2.4.4.1.5 Barreras de luz
La barrera de luz tiene el emisor y el receptor separados e independientes. Se disponen de forma tal que el rayo transmisor esté dirigido al receptor. La salida conmuta cuando se interrumpe el rayo de luz.
2.4.4.1.6 Sensor de retroreflexión
En el sensor de retroreflexión, el emisor y el receptor están dispuestos en el mismo cuerpo. Exteriormente se instala un reflector catadióptrico de tal forma, que 20
el rayo de luz emitido por el emisor se refleja casi por completo en el receptor. La salida conmuta cuando se interrumpe el rayo de luz.
2.4.4.1.7 Sensor de reflexión directa
En el sensor de reflexión directa o sensor difuso, el emisor y el receptor están dispuestos en el mismo cuerpo. Si la luz del emisor choca contra un objeto mínimamente reflectante, es reflejada hacia el receptor que hace conmutar la salida.
2.4.4.1.8 Sensores de presión
Presostatos mecánicos: La presión actúa en la superficie de un cilindro. Si la presión sobrepasa la fuerza del muelle, el émbolo avanza y acciona el juego de contactos. Presostatos electrónicos: La salida es conmutada electrónicamente debido a que se disponen sensores sensibles a la presión unidos al diafragma. La señal es evaluada por un circuito electrónico. Así que si la presión sobrepasa un cierto valor, la salida conmuta.
2.4.5 Relés y contactores
Un relé es un interruptor accionado electromagnéticamente. Cuando se aplica una tensión a la bobina del solenoide, se genera un campo magnético. Esto hace que la armadura sea atraída hacia el núcleo de la bobina, la armadura acciona los contactos del relé, abriéndolos o cerrándolos, según sea su ejecución. Un muelle de retorno devuelve la armadura a su posición cuando se interrumpe la corriente de la bobina.
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2.4.6 Controladores Lógicos Programables (PLC).
Un controlador lógico programable (PLC) es un sistema electrónico de funcionamiento digital, diseñado para ser utilizado en un entorno industrial, que utiliza una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones orientadas al usuario, para la realización de funciones de: enlaces lógicos, secuenciación, temporización, recuento y calculo, para controlar a través de entradas y salidas digitales o analógicas, diversos tipos de maquinas y procesos. Las señales de entrada llegan al PLC a través de los sensores. Estas señales contienen información sobre el estado del sistema a controlar. Las señales de salida influyen en el sistema a controlar. Las señales pueden emitirse en forma binaria, digita o analógica. Un PLC se comprende de los siguientes aspectos: Hardware (parte tangible, por ejemplo: los circuitos eléctricos y electrónicos).
Firmware (programas instalados por el fabricante, rutinas de sistema). Software (parte no tangible por ejemplo: los programas escritos por el usuario).
Algunos términos empleados: Bit: Digito binario (0 ó 1). Byte: Agrupamiento de 8 Bits. Word: Agrupación de 16 Bits (2 Bytes). Datos: Representación de información por medio de cantidades en base binaria, octal ó hexadecimal. Programa: Conjunto de instrucciones o datos que procesan de manera lógica y matemática las señales para obtener un funcionamiento deseado. Para programar un PLC es necesario conocer el lenguaje de programación, dependiendo de la marca y modelo de PLC son los lenguajes que maneja, pero los siguientes son los lenguajes básicos:
Diagrama de escalera (Ladder Diagram o Kontakplan) LDR o KOP. Lista de Instrucciones (Statement List o Anweisungsliste) STL o AWL.
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Para el proyecto de la celda de manufactura en UVM se utilizaron PLC de la marca SIEMENS. Para nuestro proyecto de la celda de manufactura, comprenderemos el lenguaje de programación en lenguaje de escalera o diagrama de contactos (lenguaje gráfico). Los elementos disponibles en un diagrama de contactos son los contactos y las bobinas en diferentes formas. Estas están dispuestas en renglones (rungs) entre las dos líneas verticales demando a derecha e izquierda.
2.4.7 Comunicación en bus de campo PROFIBUSS.
PROFIBUS (PROcess FIeld BUS) es un sistema de bus utilizado en el nivel de campo, así como en células de redes con pequeñas cantidades de nodos.
Existen tres perfiles de protocolo en PROFIBUS que pueden operar juntos en un circuito (con cable RS 485 de fibra óptica).
PROFIBUS –FMS (especificación de mensajes de campo) esta diseñado para la
comunicación de autómatas en pequeñas células de red, unos con otros, y para la comunicación con elementos de campo con interfaces FMS. PROFIBUSS-DP (periferia distribuida) es el perfil de protocolo para la conexión de
entradas y salidas distribuidas en el nivel de campo, por ejemplo módulos ET 200, con un rápido modo de respuesta. PROFIBUS-PA (Automatización de Procesos) es la comunicación compatible,
adicional a PROFIBUS-DP, con la tecnología de transmisión, que permite a los usuarios ir a un área EX. La tecnología de transmisión de PROFIBUS-PA se corresponde con el estándar internacional IEC 1158-2. Para este proyecto hablaremos de PROFIBUS-DP. Que es un caso muy común, junto con el SIMATIC S7-300, tanto que incluso existe como interfase integrado en el propio autómata.
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PROFIBUS-DP (Distributed I/O) se ajusta a los requisitos de intercambio de datos más rápido y eficiente, entre los elementos de automatización y los elementos distribuidos, tales como módulos de entradas / salidas analógicas y actuadores. A continuación los datos técnicos sobre PROFIBUS-DP (Parámetros en la Norma 50170)
Se puede conectar un máximo de 127 estaciones con una longitud de registro de entre 0 – 246 bytes de datos de usuario. Rangos de transmisión de datos: 9,6 kBaud / 19,2 KBaud / 93,75 KBaud / 187,5 KBaud / 500 KBaud / 1,5 MBaud / 3 MBaud / 6 MBaud / 12 MBaud. La transmisión se produce a través de un cable de dos hilos con interfase RS-485 o por fibra óptica. Para el proyecto de la celda de manufactura, nos centraremos en la transmisión por dos hilos. El cable de dos hilos está cruzado y apantallado, con una sección minima de 0.22mm², y deben de cerrarse, en los extremos inicial y final, por terminales de cierre. Se puede establecer una red de área más amplia en PROFIBUS-DP, dividiendo el bus en segmentos, interconectados a través de repetidores. La topología de un segmento de bus es de estructura lineal (hasta 1200m) con pequeñas caídas de red (0.3m). Con ayuda de los repetidores, se puede elaborar una estructura de árbol.
Para lograr la configuración de PROFIBUS-DP, es esencial conocer los tipos de dispositivos de PROFIBUS-DP:
Maestro DP clase 1 (DPM1) Aquí PROFIBUS se ajusta a un controlador central
que intercambia información con los equipos distribuidos (esclavos DP) en un ciclo de mensaje específico. Se incluye las siguientes funciones maestro – esclavo: -
Recopilación de información de diagnosis por parte de los esclavos DP. Operación cíclica de datos de usuario. Parametrización y configuración de los esclavos DP. Control de los esclavos DP a través de comandos
Estas funciones son ejecutadas de manera independiente desde el interfase de usuario del maestro DP (clase 1). El interfase entre el usuario y el interfase de usuario es calibrado como interfase de datos de servicio. Los dispositivos son controladores lógicos programables (PLC), controles numéricos computerizados (CNC) o control de robots.
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Maestro DP clase 2 (DPM2) Los elementos de este tipo son los dispositivos de
programación, configuración o diagnosis. Son parametrizados en la puesta en marcha para especificar la configuración del sistema DP, como el número de dispositivos DP, direcciones de las estaciones del bus y dispositivos de E/S. Como ejemplo de configuración, se encuentra la diagnosis, consistencia de datos y parámetros del bus.
Esclavo DP Cada elemento de periferia (sensor / actuador) se identifica como
esclavo DP cuando los datos de entrada son leídos y los datos de salida son suministrados a la periferia. También es posible que los dispositivos sean solo de entrada o de salida. Los esclavos DP típicos son entradas / salidas binarias de 24 o 200v, entradas analógicas, contadores, y también: -
válvulas neumáticas Dispositivos de lectura de código de barras. Interruptores de proximidad. Sensores de medida. Accionamientos.
La mayoría de los datos de entradas y salidas son independientes, y se les permite un máximo 246 bytes para entradas y de 246 bytes para salidas. En la configuración de una red PROFIBUS-DP con cable de dos hilos, las direcciones de las estaciones pueden asignarse libremente entre 0 y 126 (configuración estándar). Es importante que cada estación tenga una dirección única. Físicamente en los cables de red, tenemos que poner en ON las resistencias en la dirección de la primera y la última estación de la red PROFIBUS a fin de evitar reflexiones en el cable.
2.4.8 Robótica Operativa.
Un Robot Industrial es un manipulador multifuncional reprogramable con varios grados de libertad, capaz de mover materias, piezas, herramienta o dispositivos especiales, según trayectorias variables y programadas para realizar tareas diversas. 25
Para la estación del robot, es necesario conocer algunos términos y aspectos que comprende esta estación, a continuación se hablara de los comandos básicos para poder utilizar de manera adecuada el robot utilizando el software de programación.
2.4.8.1 Programación del Robot Comandos Básicos de Melfa Basic IV
Mov = Movimiento con interpolación circular. Mvs = Movimiento con interpolación lineal (cinemática directa). Dly = Delay (retardo). Hclose = Cerrar la pinza (Hand close). Hopen = Abrir la pinza (Hand open). Spd = Es la velocidad a la que se desea que se mueva en una interpolación lineal
(Speed). If_Then_ = Si condición, entonces acción. Goto = Moverse a una línea del código deseada. m_in() = Leer el estado de una entrada m_out () = Leer el estado de una salida.
2.4.8.2 Comando de movimientos mediante el teach-in
El teach-in es la interfaz entre el usuario y el robot, en el cual se puede controlar, y guardar posiciones del robot. Los movimientos del robot se determinan por los grados de libertad, de hecho se denomina grado de libertad a cada uno de los movimientos independientes que una articulación puede realizar con respecto a la anterior. A continuación se muestra los tipos de movimientos por comandos: Joint = Movimientos por grado de libertad (J1, J2…etc.) XYZ = Movimiento en un eje de coordenadas con origen en la base. Tool = Eje de coordenadas con origen en el gripper (pinza). 26
2.4.8.3 Guardar posiciones del robot mediante el teach-in
Para utilizar el robot en el proceso, se necesita programar la secuencia en que se va mover el robot, pero, se tiene que guardar las posiciones moviendo el robot físicamente utilizando el teach-in en cualquiera de los comandos de movimiento anteriormente mencionados, entonces cuando se consigue la posición deseada se puede guardarla posición de la siguiente manera: Menú 1.- Tich 2.- Nombre del programa 3.- Enter 4.- Nombre de la posición 5.- Usar los comandos para mover el robot (presionando los botones de seguridad. 6.- Pulsar la tecla ADD 7.-Pulsar nuevamente la tecla ADD.
3. Método
En este apartado se presenta de forma técnica el procedimiento de integración de la celda de manufactura para la Universidad del Valle de México, diseñada por FESTO. Para ello se explica a continuación que comprende esta celda de manufactura diseñada por FESTO y ensamblada con puesta a punto por un servidor.
3.1 Fase 1
Comprensión y análisis de diagramas eléctricos, neumáticos y mecánicos, ya que cada modulo se provee con todos sus dispositivos nuevos de fabrica; por ejemplo, cuenta con un sensor industrial y su respectivo cable, con su manual en ingles, todo dentro de su empaque, no se puede saber sino hasta revisar los diagramas de “conexionamiento”, cuando se conoce donde se tiene que colocar este sensor. La parte mecánica implica un mayor esfuerzo, ya que los ajustes deben ser precisos, de lo contrario existirán colisiones; y se vuelve complicado cuando no queda en el primer intento y se tiene que ajustar poco a poco a prueba y error. 27
El primer paso para armar una estación, es separar los artículos por su familia: Neumático, eléctrico o mecánico. Cada una de las estaciones está provista de un carro, una platina, panel de control y el PLC; por lo que estos equipos se montan de una manera estándar, así como se encuentran designados los primeros 5 perfiles para el aspecto eléctrico; y el perfil 8 es la línea donde se lleva acabo el proceso.
3.2 Fase 2
A continuación se presenta los pasos para realizar la integración de la celda de manufactura (Los pasos del 1 – 10 son estándar para el ensamble de cada una de las estaciones): Paso 1.- Tomar y separar por familias (eléctrico, mecánico, neumático) el material de la estación a ensamblar. Paso 2.- Colocar la platina perfilada de trabajo sobre el carro y fijarla con los tornillos. Paso 3.- Acorde al diagrama mecánico, realizar el ensamble de los dispositivos mecánicos de la estación. Paso 4.- Utilizando el diagrama eléctrico colocar los sensores y conectarlos en la terminal de entradas / salidas eléctricas. Paso 5.- Conectar los dispositivos neumáticos tal como se indica en los diagramas, tomando en cuenta cortar la manguera de tal forma que la longitud de la manguera sea la correcta. Paso 6.- Revisar que los movimientos mecánicos sean precisos para evitar colisiones. Paso 7.- Aplicar las practicas profesionales en el arreglo estético de los cables y mangueras, utilizando cinchos. Paso 8.- Acorde a la secuencia de trabajo de la estación, programar el PLC con el lenguaje de programación deseada por el usuario. Paso 10.- Colocar las piezas de trabajo y observar el buen desempeño de la secuencia de trabajo programada. 28
Paso 11.- En el caso de la estación del Robot, programar las posiciones mediante el teach-in (programador / control, manual). Paso 13.- Acoplar y fijar mecánicamente a las demás estaciones de trabajo verificando que queden correctamente alineadas.
Paso 14.- Realizar las conexiones de señales de comunicación eléctricas entre los paneles operativos de cada estación.
Paso 15.- Realizar la conexión de la red PROFIBUSS en la celda de manufactura. Paso 16.- Puesta en marcha de toda la celda
4. Resultados
Se logro integrar distintas tecnologías y componentes en una celda de manufactura que tiene como objetivo funcionar como material didáctico en la mejora del nivel académico en las asignaturas obligatorias de la carrera de Mecatrónica en la Universidad del Valle de México. Se completó las actividades para la puesta en marcha de todo el sistema y se capacitó a los asistentes de la etapa de ensamblado y puesta en marcha del equipo. Los resultados sobre el nivel académico y práctico de los estudiantes de la universidad, se podrán observar a través de las generaciones de egresados.
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5. Conclusiones y recomendaciones
Durante el periodo de integración y puesta en marcha del a celda de manufactura, nos percatamos que el personal de la Universidad del Valle de México a quienes se les dio la capacitación de la celda y prestaron su apoyo en el armado de las estaciones de trabajo, demostraron haber adquirido un conocimiento mayor junto con un valor practico encomiable, se observo un desempeño y satisfacción en la utilización de la celda; por ello podremos estar seguros de que es una excelente forma de aprendizaje, y que las siguientes generaciones de ingenieros podrán beneficiarse de este proyecto. Que los profesores de la institución educativa se vuelvan expertos en la celda de manufactura, de ser necesario, pedir servicio técnico, cursos o diplomas al proveedor del equipo (FESTO), con el objetivo de que cada día se logre avanzar en la calidad de enseñanza. Seguir implementando estaciones de trabajo a la celda, para actualizar las tecnologías conforme surjan en el futuro. Aun en estos tiempos hace falta equipo didáctico en diversas instituciones educativas en Jalisco, seria conveniente adquirir este tipo de enseñanza practica con el fin de lograr un nivel técnico superior y por lo tanto estaríamos ejerciendo presión a empresas como FESTO para que sigan innovando e inventando nuevas soluciones para la automatización. Medir el nivel de conocimientos y habilidades de Jalisco realizando concursos de mecatrónica en los cuales podrían utilizarse equipos como la celda de manufactura, para saber si estamos ascendiendo o no en nuestra calidad de enseñanza.
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6. Bibliografía
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Frank Ebel, Markus Pany 2006 TECH.DOKUMENT Festo Didactic GmbH & Co. KG, Denkendorf, www.festo-didactic.com
Dipl. Ing. Rolf Balla 1990 Neumático Compendio2 Electroneumática, Mannesmann Rexroth Pneumatik GmbH.
Mr. Knust 2002, Anexo IV Conceptos fundamentales de los sistemas de bus de campo con SIMATIC S7-300, Siemens A&D SCE, www.siemens.com
Año 2 / No.21-junio 2010, Industrial Community El medio informativo de la industria, Guadalajara Jalisco. www.industrialcommunityguadalajara.com
Universidad del Valle de México www.uvmnet.edu
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7. Anexos
Esquema general de la integración de la celda de manufactura
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