INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA EN INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA TECNOLOGÍAS S AVANZADAS
Laboratorio CIM
REPORTE GRUPAL
07 de febrero de 2013
3MM6
Automatización Automatiza ción de Línea Línea de Producción Producción
Elizabeth Rivas Bonilla
Autores Arias Monteagudo Luis Gerardo
Ortiz Bautista Marcos David
Arteaga Martínez Roberto
Osorio González Brenda Carolina
Casas Pérez César
Palacios Ibarra Miguel Orlando
Chávez González Gamaliel
Pérez Rodríguez Enrique Alejandro
Chávez Ugalde Edith
Pérez Rueda Kristian Aram
Flores Carera Salvador
Pichardo Pichardo Israel
González González Carlos
Posternak Ariel
González Rodríguez Alexis
Robles Ramirez David Alejandro
Hernández Vargas Daniel
Rodríguez Vega Luis Fernando
Illescas González Omar
Ruiz Pacheco Jean Carlo
Martínez Valdes Merith Sarai
Ruiz Vázquez Saúl
Millán Lozano Enrique
Sánchez Lugo Fernando Isaack
Ornelas Vences Christopher
Santander Pérez Francisco Daniel
Tabla de contenido Autores ................................................................................................................................................ 2 Tabla de Ilustraciones.......................................................................................................................... 4 Introducción ........................................................................................................................................ 6 Objetivos ............................................................................................................................................. 7 Introducción General del CIM ............................................................................................................. 8 Manufactura Integrada por Computadora (CIM) ............................................................................ 8 Descripción General del Proceso ........................................................................................................ 9 Flujo de Estaciones .............................................................................................................................. 9 Descripción Particular de las Estaciones ........................................................................................... 13 Estación de Neumática ...................................................................................................................... 13 Función .......................................................................................................................................... 13 Estación de Manufactura .................................................................................................................. 19 Función .......................................................................................................................................... 19 Componentes ................................................................................................................................ 19 Tipos de Sensores .......................................................................................................................... 20 Tipo de Automatización ................................................................................................................ 20 Estación de Control de Proceso (Process Control Station) ............................................................... 21 Descripción .................................................................................................................................... 21 Función de la Estación ................................................................................................................... 21 Componentes del Sistema............................................................................................................. 22 Manipulador .................................................................................................................................. 23 Descripción y Componentes del Manipulador .............................................................................. 23 Tipo de Automatización ................................................................................................................ 24 Tipo de Línea de Producción ......................................................................................................... 24 Estación de Visión ............................................................................................................................. 26 Función .......................................................................................................................................... 26 Componentes ................................................................................................................................ 28 Tipo de automatización: ................................................................................................................ 30 Sensores: ....................................................................................................................................... 30 Estación Neumática ........................................................................................................................... 31
Función .......................................................................................................................................... 31 Desarrollo ...................................................................................................................................... 31 Sensores ........................................................................................................................................ 36 Actuadores .................................................................................................................................... 37 Componentes ................................................................................................................................ 37 Tipo de Línea de Producción ......................................................................................................... 37 Estación de Almacenamiento Automatizado .................................................................................... 38 Conclusión ......................................................................................................................................... 39
Tabla de Ilustraciones Ilustración 1 Estación CIM. ................................................................................................................ 8 Ilustración 2 Flujo de materiales y seguimiento de los mismos dentro del CIM. ............................... 9 Ilustración 3 Estación de almacenamiento. ...................................................................................... 10 Ilustración 4 Estación de Manufactura. ............................................................................................ 10 Ilustración 5 Estación de Control de Procesos. ................................................................................. 11 Ilustración 6 Estación de Visión. ........................................................................................................ 11 Ilustración 7 Estación de Neumática (Selección de material). .......................................................... 12 Ilustración 8 Estación de Hidráulica (Ensamble del material). .......................................................... 12 Ilustración 9 Estación PN-800............................................................................................................ 14 Ilustración 10 Cilindro de doble efecto. ............................................................................................ 15 Ilustración 11 Manipulador de cilindros. .......................................................................................... 16 Ilustración 12 Electroválvulas. ........................................................................................................... 17 Ilustración 13 Gabinete eléctrico. ..................................................................................................... 18 Ilustración 14 Fresadora CNC. ........................................................................................................... 20 Ilustración 15 Torno CNC. ................................................................................................................. 21 Ilustración 16 ..................................................................................................................................... 24 Ilustración 17 ..................................................................................................................................... 25 Ilustración 18 ..................................................................................................................................... 25 Ilustración 19 ..................................................................................................................................... 26
Ilustración 20 ..................................................................................................................................... 26 Ilustración 21. Banda en donde llega el Palette a los sensores capacitivos (de naranja). ................ 27 Ilustración 22. Brazo sujetador y lámpara y cámara para inspección. .............................................. 27 Ilustración 23. El brazo pasa la pieza a la siguiente estación (detrás del brazo) o a la banda. ......... 28 Ilustración 24. Sensores capacitivos. ................................................................................................. 30 Ilustración 25. Cámara de revisión. ................................................................................................... 31 Ilustración 1: Modo de operación ..................................................................................................... 32 Ilustración 2: Interruptores de control.............................................................................................. 32 Ilustración 3: Diagrama de articulaciones ......................................................................................... 33 Ilustración 4: Control de velocidad proporcional .............................................................................. 33 Ilustración 5: Electroválvulas hidráulicas .......................................................................................... 34 Ilustración 6: Motor hidráulico ......................................................................................................... 35 Ilustración 7: Pistón de doble efecto ................................................................................................ 35 Ilustración 8: Cilindro de doble efecto .............................................................................................. 36 Ilustración 9: Gripper ........................................................................................................................ 36
Introducción Conocer el laboratorio y las características a detalle de cada estación del CIM es fundamental para el desarrollo del curso, así como también para la familiarización hacia un ambiente de una línea de producción, primeramente se mostrará un panorama acerca de los CIM. Un ejemplo de línea de producción se encuentra en el laboratorio CIM en UPIITA el cual principalmente es una forma de aumentar la productividad por medio del uso y aprovechamiento de computadoras, robots, PLC’s, etc.; sin embargo, esto no sólo se logra
gracias a la aplicación de la tecnología únicamente, sino que existen diferentes elementos que al unirlos permiten una verdadera integración y que en este caso llamamos estaciones, las cuales están interactuando constantemente entre ellas. El término “Manufactura Integrada por Computadora” es a la vez un método de
fabricación y el nombre de un sistema informático automatizado en el que las funciones de ingeniería individuo, la producción, la comercialización y el apoyo de una producción de la empresa están organizados. En un sistema CIM las áreas funcionales, tales como el diseño, análisis, planificación, compras, contabilidad de costos, control de inventario y distribución están vinculados a través de programación de un controlador que generalmente son PLC el cual proporciona un control directo y la supervisión de todas las operaciones. Como un método de fabricación, existen tres componentes que distinguen a CIM de otras metodologías de fabricación:
Los medios para el almacenamiento de datos, recuperación, manipulación y presentación;
Mecanismos de detección de estado y modificación de procesos;
Algoritmos para unir el componente de procesamiento de datos con el sensor / componente de modificación.
El CIM es un ejemplo de la aplicación de las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) en el sector manufacturero. También implica que hay al menos dos
equipos de intercambio de información, por ejemplo, el controlador de un brazo de robot y un controlador de micro-de una máquina CNC. Algunos factores implicados cuando se considera una aplicación CIM son el volumen de producción, la experiencia de la empresa o personal para hacer la integración, el nivel de la integración en el producto en sí y la integración de los procesos de producción. CIM es más útil que un alto nivel de TIC se utilizan en la empresa o establecimiento, tales como CAD / CAM, la disponibilidad de la planificación de procesos y sus datos. Tomando otros aspectos se está encontrando que en la actualidad la integración de todas las áreas de la empresa es la opción más viable, estratégicamente hablando, para incrementar su productividad y crear una empresa más competitiva que se logra a través de una línea de producción automatizada, que debe estar monitoreada por medio de controladores y que debe contar con almacén, robots, y un cerebro principal, además de características específicas según la línea de producción. Este proceso de integración se basa en el modelo de manufactura integrada por computadora (CIM), que será definido más adelante, sin embargo, el concepto CIM es complejo y por lo tanto, la comunicación del mismo dentro de la empresa frecuentemente lleva a interpretaciones erróneas a pesar de los esfuerzos realizados para que se lleve a cabo dicha integración, por lo tanto, es necesario utilizar herramientas electrónicas para poder realizar de manera rápida, confiable y económica la integración de la empresa.
Objetivos
Conocer los componentes del CIM para poder implementarlos en un futuro.
Preparar a los alumnos para realizar actividades más enfocadas a la programación en el laboratorio del CIM.
Ampliar nuestro conocimiento acerca de la automatización y crear un mejor concepto para entrar a la industria.
Introducción General del CIM Manufactura Integrada por Computadora (CIM) El CIM o Manufactura Integrada por Computadora utiliza computadoras para controlar el proceso entero de producción. Esta integración permite a los procesos individuales intercambiar información con los otros e iniciar acciones. A través de la integración por computadoras, la manufactura puede ser más rápida y menos propensa a errores, a pesar de que la principal ventaja es la habilidad de crear procesos de manufactura automatizados. Típicamente el CIM depende de procesos de control en lazo cerrado, basados en las entradas de tiempo real desde los sensores. También es
conocido como Diseño flexible de manufactura. El CIM se refiere al uso de equipo de cómputo para el control del proceso de producción completo en un sistema de manufactura.
Ilustración 1 Estación CIM.
Descripción General del Proceso El proceso de automatización del CIM consiste en crear dos piezas y ensamblarlas (un cilindro y un prisma). Todo pasa por diferentes subsistemas que hacen posible el procesamiento de la materia prima hasta obtener un producto final. La manera más sencilla de describir el proceso es a través de estaciones. Las cuales, cada una con un propósito definido, hacen posible la creación de un producto. Dichas estaciones son descritas más adelante detalladamente; cabe mencionar que la unión de todas las estaciones está regulada por PLC’s, los cuales ayudan a la circulación y complementación
del proceso.
Flujo de Estaciones
Ilustración 2 Flujo de materiales y seguimiento de los mismos dentro del CIM.
Recepción de material: Es la estación donde se almacena la materia prima a
transformar.
Ilustración 3 Estación de almacenamiento.
Fresado y torneado del material: Son operaciones subsecuentes que empiezan el
maquinado de la materia prima en el producto deseado. Ambos son procesos de transformación por desprendimiento de viruta.
Ilustración 4 Estación de Manufactura.
Limpieza y Recubrimiento de la pieza : Después de haber llevado acabo el
maquinado, se le hace una limpieza exhaustiva a la pieza, junto con un recubrimiento superficial que ayuda a combatir la corrosión y que la pieza tenga un mejor acabado.
Ilustración 5 Estación de Control de Procesos.
Análisis de tolerancias y características: Es aquí donde se checa que la pieza tenga
las características y dimensiones deseadas, si no es así esta se desecha.
Ilustración 6 Estación de Visión.
Clasificación del producto : Después de haber pasado las pruebas de calidad, la
pieza se clasifica de acuerdo a sus dimensiones para poder llevar un mejor control de los productos finales con lo que se cuenta y así poder hacer el ensamble adecuado con las bases destinadas para cada pieza. Dichas operaciones son llevadas a cabo en las estaciones de Neumática e Hidráulica.
Ilustración 7 Estación de Neumática (Selección de material).
Ilustración 8 Estación de Hidráulica (Ensamble del material).
Almacenamiento del producto final : Posteriormente de la clasificación de la pieza,
solo queda trasladarla al área de almacén, proceso que se lleva a cabo a través de actuadores neumáticos que llevan el producto final al área deseada. Nota: Es importante observar que el transporte del material a lo largo del proceso se hace mediante una banda transportadora.
Descripción Particular de las Estaciones
Estación de Neumática Función Esta estación se encarga de distribuir y administrar la materia prima ya sean cilindros o prismas, contenidos en pallets, usados en la línea de producción. El proceso como tal dentro de la estación Neumática PN-2800, permite realizar un conjunto de pasos o acciones dirigidas a la entrega de la materia prima solicitada en el proceso a ser ejecutado.
La estación Neumática basa su funcionamiento en la adquisición de datos con autonomía local, a través de sensores, actuadores y su correspondiente PAC (Controladores de Automatización Programables).
Componentes y Sensores
A continuación se describe los elementos funcionales y los actuadores de la estación neumática PN-2800. Compresor: Los compresores son máquinas que tienen por finalidad aportar una
energía a los fluidos compresibles (gases y vapores) sobre los que operan, para hacerlos fluir aumentando al mismo tiempo su presión. Un compresor admite gas o vapor a una presión P1 dada, descargándolo a una presión P2 superior, la energía necesaria para efectuar ese trabajo, la proporciona un motor eléctrico o turbina de vapor. Para presiones de hasta 6 bares, se usa compresores de una etapa, para presiones de hasta 15 bares se usan compresores multi-etapa. Un compresor alternativo generalmente entrega gas de forma intermitente, para ello este gas generado, es almacenado en acumuladores, mismos que serán los encargados de distribuirlo a una presión constante a la red.
Ilustración 9 Estación PN-800.
Tuberías: Las tuberías utilizadas en las redes de aire comprimido, pueden ser
metálicas, de goma o de plástico, según los requerimientos de cada instalación en particular. Para determinar los diámetros de las tuberías hay que considerar diferentes factores como son:
Caudal de aire comprimido Longitud de la red Caída de presión deseada. La calidad de la tubería viene dada por el poco índice de rozamiento interior, ya
que esto evita las pérdidas de presión por cada pie recorrido y como norma de instalación deberán quedar a la vista y en la mayoría de los casos se debe evitar empotrar en paredes o techos, con la finalidad de localizar perdidas de forma inmediata. Las tuberías horizontales deben ser instaladas con una inclinación o pendiente del 1 a 2% en el sentido de la circulación. Unidad de mantenimiento: La unidad de mantenimiento representa una
combinación de los siguientes elementos:
Filtro de aire comprimido. Regulador de presión. Lubricador de aire comprimido. Cilindros de simple acción: Los cilindros de simple acción basan su trabajo en el
desplazamiento de un émbolo, debido a la presión del aire comprimido ejercida sobre una
de sus caras, una vez que esta presión deja de ejercer presión, el pistón del émbolo es retornado a su posición inicial por acción de un resorte. En los cilindros de simple acción con muelle incorporado, la longitud de éste limita la carrera. Por eso, estos cilindros no sobrepasan una carrera de unos 100 mm. Cilindro de doble acción: La fuerza ejercida por el aire comprimido anima el
émbolo, en cilindros de doble acción, a realizar un movimiento de traslación en los dos sentidos. Se dispone de una fuerza útil tanto en la ida como en el retorno.
Ilustración 10 Cilindro de doble efecto.
Los cilindros de doble acción se emplean especialmente en los casos en que el émbolo tiene que realizar una misión también al retornar a su posición inicial. En principio, la carrera de los cilindros no está limitada, pero hay que tener en cuenta el pandeo y doblado que puede sufrir el vástago salido. Cilindros de eje giratorio: Es un tipo de cilindro de doble acción, donde el vástago
es una cremallera que acciona un piñón y transforma el movimiento lineal en un movimiento giratorio, hacia la izquierda o derecha, según el sentido del émbolo. Los ángulos de giro corrientes pueden ser de 45°, 90°, 290°. Es posible determinar el margen de giro dentro del margen total por medio de un tornillo de ajuste.
El par de giro es función de la presión, de la superficie del émbolo y de la desmultiplicación. Manipuladores: Los manipuladores son una combinación de cilindros, tanto de eje
giratorio, como cilindros de doble acción, la estación Neumática PN-2800, consta de dos manipuladores, los cuales cumplen la función primordial de despachar la materia prima de la estación. Los manipuladores constan con sensores inductivos tipo switch magnético ZG553 con la finalidad de detectar el recorrido del vástago, y de esa manera ejecutar el proceso de una mejor manera.
Ilustración 11 Manipulador de cilindros.
Válvulas de control direccional: Las válvulas de control direccional tienen por
objeto comandar el caudal de aire comprimido hacia los cilindros y motores neumáticos, haciéndolos operar en el momento adecuado y retornándolos a su posición inicial según la lógica programada. La clasificación de las válvulas se efectúa en base a los orificios de entrada y salida de aire, llamados vías, y al número de posiciones, las válvulas que integran la estación neumática PN-2800 son las siguientes:
3 vías 2 posiciones. 4 vías 2 posiciones. Electroválvulas: Estas válvulas son utilizadas cuando la señal proviene de un
temporizador eléctrico, un final de carrera eléctrico, presos tatos o mandos electrónicos.
En general, de elige el accionamiento eléctrico para mandos con distancias extremadamente largas y cortos tiempos de conexión. Las electroválvulas o válvulas electromagnéticas se dividen en válvulas de mando directo o indirecto. Las de mando directo solamente se utilizan para un diámetro de luz pequeño, puesto que para diámetros mayores los electroimanes necesarios resultarían demasiado grandes.
Ilustración 12 Electroválvulas.
Sensores de proximidad: La estación neumática PN-2800 utiliza para su
funcionamiento sensores tipo inductivo, mejor conocidos como sensores de proximidad, para la detección de metales. Los sensores inductivos no se ven afectados por factores ambientales hostiles, tales como aceite, ácidos o vibraciones. En general, los sensores de proximidad inductivos, se componen de cuatro elementos básicos: la bobina, un oscilador, un circuito de disparo, y un circuito de conmutación de salida, protegido contra corto-circuitos. El oscilador, genera un campo electromagnético de alta frecuencia, el cual será emitido por la bobina, radiando desde la superficie de la zona sensitiva. Al penetrar un objeto metálico en éste campo electromagnético, se producen unas corrientes parásitas, que absorben energía, tanto del campo electromagnético, como del oscilador. Esta absorción de energía, llamada atenuación, se incrementa al acercarse el
objeto metálico a la superficie sensible. El circuito de disparo activa el circuito de salida, al excederse un determinado valor de atenuación. En los detectores de proximidad de DC (CC), el circuito de salida puede ser un transistor NPN, que conectará una carga al polo negativo, o también puede ser un transistor PNP que conecta la carga al polo positivo. En las unidades previstas para AC (CA) un thyristor o un triac suelen ser los que efectúan la conmutación. Los sensores de proximidad tienen bobinas enrolladas en núcleo de ferrita. Estas pueden ser blindadas o no blindadas. Los sensores no blindados generalmente tienen una mayor distancia de sensado que los sensores blindados. Gabinete Eléctrico: La alimentación de toda la estación llega a éste gabinete que
dispondrá de la energía necesaria por todos los elementos utilizados dentro de la estación de neumática PN-2800. Éste armario cuenta con los elementos indispensables para la distribución de energía eléctrica a todo el sistema, así como también de las debidas protecciones del caso, como son contactos por cada línea de alimentación, un fusible en una de las líneas de alimentación, diodos en las borneras.
Ilustración 13 Gabinete eléctrico.
Estación de Manufactura Función La función de la estación es realizar el maquilado de la materia prima. Primero, la materia prima llega de la estación Neumático, pasando por el Almacén, a la estación de Manufactura mediante los vagones montados en la banda transportadora. El vagón al pasar por cada una de las estaciones es leído por los sensores capacitivos los cuales activan un tope para parar el vagón y así realizar el proceso o los procesos necesarios a la materia prima. Al llegar a esta estación los sensores capacitivos leen la matricula del vagón (la cual se encuentra en código binario) y así identificar qué tipo de materia se transporta (cilindro o prima). Después el brazo toma la materia prima del vagón y lo lleva al torno o a la fresadora, esto dependerá del proceso requerido para el material. En el caso de que la materia sea maquilada en el torno el robot se desplazara por un riel en el cual se encuentra montados sensores de inicio y fin de carrera. Una vez terminado el proceso el robot toma la materia y lo lleva de nuevo al vagón para seguir su proceso en la estación de Procesos.
Componentes Torno CNC
Refrentado y cilindrado de la materia prima. Fresadora CNC
Da forma a la pieza. Brazo robótico (Mitsubishi).
Colocar el material en el torno o la fresadora y regresarlo a la banda transportadora, el robot es controlado por el DISH.
Riel y base
Desplazamiento del robot.
Tipos de Sensores Sensores capacitivos.
Sensores para la lectura del vagón y otros dos sensores para detener el movimiento del motor del riel (inicio y fin de carrera). Switch de rodillo.
Mantener la puerta asegurada del torno CNC mediante los procesos.
Tipo de Automatización Programable, por la utilización de PLC’s
Ilustración 14 Fresadora CNC.
Ilustración 15 Torno CNC.
Estación de Control de Proceso (Process Control Station) Descripción
Se trata de un sistema PS-2800, el cual ejecuta un proceso de revestimiento de aluminio Allodyne 722. Este proceso se realiza en varias etapas; las cuales están todas controladas por un PLC (Control Lógico Programable), que contiene el programa de comando y control, además de que hace interfaz con una computadora por medio del software MMI (Man Machine Interface). El programa permite la visualización del proceso en la pantalla de la computadora, el monitoreo en tiempo real de variaciones del proceso y la lectura de diversos parámetros en las correspondientes unidades de medición técnica. Función de la Estación
El proceso de revestimiento comienza cuando el sistema identifica la llegada de una pieza de trabajo a la estación. Un manipulador transporta la pieza de trabajo desde el punto de entrada de la estación, tomándola de la banda transportadora, hasta la línea de procesamiento. El proceso de revestimiento comprende siete etapas de limpieza y
revestimiento. El traslado de las piezas de trabajo de una etapa a otra se realiza mediante el manipulador de principio a fin del proceso; dicho manipulador es controlado por el PLC. 1. Primera Etapa Agua jabonosa alcalina. Quita la suciedad y pintura de la pieza, usando jabón alcalino y agua a 50° (3 a 5 minutos).
2. Segunda Etapa Enjuague. Lavar residuos de suciedad en la pieza (1 a 2 minutos). 3. Tercera Etapa Ácido Fosfórico. Inmersión en ácido fosfórico para decapar la pieza (proceso mediante el cual se quita una capa delgada de la superficie)(5 minutos).
4. Cuarta Etapa Enjuague. Enjuagar en agua corriente (30 a 60 segundos). 5. Quinta Etapa
Revestimiento de Allodyne. Recubrir el aluminio con Allodyne. El tiempo de recubrimiento depende del tamaño de la pieza y del espesor de recubrimiento requerido (15 a 90 segundos).
6. Sexta Etapa Enjuagar. Enjuagar en agua corriente para eliminar impurezas (30 a 60 segundos). 7. Séptima Etapa Secado. Secado del aluminio recubierto (2 a 3 minutos). El traslado de las piezas de trabajo al finalizar el proceso de recubrimiento, hacia la banda transportadora, la realiza también el manipulador controlado por el PLC. Componentes del Sistema
El proceso PS-2800, está integrado por diversos dispositivos y componentes, los cuales se listan a continuación:
Siete módulos de baño.
Depósito recolector de agua excesiva
Depósito CT en el depósito principal para el agua corriente que se usa para enjuagar.
Caños de agua con filtros integrados, conectan los baños a los depósitos.
Válvulas solenoide que controlan los procesos de enjuague y drenaje.
Válvula operada manualmente que desagota los baños.
Válvula proporcional que regula el flujo de agua.
Flujómetro que mide el flujo de agua.
Radiador y ventilador, que juntamente calientan y enfrían el agua de baño.
Elemento calentador de 2000W. para calentar el líquido del baño.
Soplador que seca el material con aire caliente.
Bomba que hace circular el agua y la desagua.
Bomba que mantiene el nivel de agua deseado.
Equipo de medición que mide los parámetros necesarios de líquido, temperatura, etc.
Válvula de alivio.
Tablero de control
Manipulador
El manipulador del sistema PS-2800 se usa para transportar materiales desde el puesto de entrada del proceso de recubrimiento a los diversos baños, así como transferir la materia prima de un punto a otro dentro del proceso. La transferencia entre los baños es llevada a cabo después de un retardo suficiente para ejecutar el proceso en cada baño. Al final de este retardo, el manipulador coloca las materias primas en el puesto de salida del proceso. Descripción y Componentes del Manipulador
El manipulador cuenta con tres ejes de movimiento XYZ impulsados por módulos eléctricos. Un sujetador neumático vinculado al extremo del eje Z se usa para asistir la materia prima. El manipulador está construido de perfiles con diferentes secciones transversales que proporcionan conexiones flexibles y fáciles además de la adaptabilidad a cualquier aplicación.
La unidad de guía lineal está instalada en el eje X, y se mueve por una pista a lo largo del perfil en ambas direcciones. Una unidad de eje Y está montada sobre la unidad móvil del eje X, junto con una segunda unidad móvil que se mueve en ambas direcciones. Un pistón de movimiento recíproco está conectado a esta unidad, que constituye el eje Z. Cada eje es impulsado por un motor de CC, que opera sobre 24Vcc. Los motores de CC poseen dos características principales:
Su sentido de rotación es modificada al cambiar la polaridad de tensión de CC suministrada al motor
Su velocidad de rotación es modificada, cambiando la tensión de alimentación al motor.
Tipo de Automatización Fija. Porque se limita a un solo proceso sin modificaciones.
Tipo de Línea de Producción Balanceada. Porque los tiempos ya están definidos y cada módulo del sistema está sujeto
a un determinado intervalo de tiempo.
Ilustración 16
Ilustración 17
Ilustración 18
Ilustración 19
Ilustración 20
Estación de Visión Función Primeramente llega el palette a donde están ubicados los sensores capacitivos, los cuales detectan el número de tren.
Ilustración 21. Banda en donde llega el Palette a los sensores capacitivos (de naranja).
Después un brazo agarra el prisma y lo pasa directamente a la siguiente fase de producción; el resto del contenido del tren (el cilindro) es colocado igualmente por el brazo en posición para ser fotografiado y analizado virtualmente (se enciende una lámpara para este paso).
Ilustración 22. Brazo sujetador y lámpara y cámara para inspección.
Si la pieza está correcta se pasa junto con el prisma a la siguiente parte del proceso, si no es así se regresa al vagón para continuar por la banda y mandarla al almacén, ya que se trata de un producto defectuoso.
Ilustración 23. El brazo pasa la pieza a la siguiente estación (detrás del brazo) o a la banda.
Componentes La siguiente tabla presenta los componentes de la estación de visión con su respectiva representación física dentro de la misma.
Computadora
Lámpara
Cámara marca Logitech, modelo V-UAP42
Brazo robótico hidráulico marca Mitsubishi, modelo MoveMaster EX RV-M1
Controlador a lazo cerrado marca Mitsubishi , modelo DUM1
Sensores Capacitivos
Torreta
Tipo de automatización: En este caso el tipo de automatización es programable , debido a que es posible modificar el proceso realizado en la estación, realizando modificaciones en el software del sistema.
Sensores:
Cámara
Capacitivos
Ilustración 24. Sensores capacitivos.
Ilustración 25. Cámara de revisión.
Estación Neumática Función Una vez finalizado el proceso de la estación de visión, el brazo de la estación anterior coloca el prisma y el cilindro en la prensa hidráulica. La prensa se activa y se ensambla los componentes. Una vez ensamblado el brazo regresa la prima terminado a la banda.
Desarrollo La subestación puede trabajar en dos modos, en modo manual y automático, en modo manual el operador contrala el brazo robótico mediante unos switch o interruptores, ya sea de 2 o 3 estados y en modo automático (computer) el brazo se mueve con señales provenientes de una computadora. Para cambiar de modo manual a automático, la sub estación cuenta con el siguiente interruptor de 2 posiciones:
Ilustración 26: Modo de operación
Cuando el sistema está en modo manual se ocupan los siguientes interruptores:
Ilustración 27: Interruptores de control
Estos interruptores controlan cada uno de los pistones o motores hidráulicos de la subestación, en la imagen anterior se puede ver una letra de la A a la E y en la siguiente imagen se puede ver a cual actuador pertenece cada letra:
Ilustración 28: Diagrama de articulaciones
Además para el control manual se incluye una perilla que permite regular el caudal de los pistones hidráulicos, y por ende la velocidad.
Ilustración 29: Control de velocidad proporcional
Para el modo automático, la sub estación cuenta con una interfaz con la PC, la cual transmite datos de entrada y salida, como lo son las señales de los sensores, o las señales para las válvulas o actuadores. Para impulsar los actuadores, el brazo cuenta con una bomba hidráulica, que convierte la energía eléctrica en energía hidráulica. Para activar los actuadores hidráulicos se usan válvulas, en este caso 5/3 ya que sirven para cilindros de doble efecto, que son con los que contamos
Ilustración 30: Electroválvulas hidráulicas
Tenemos 4 motores hidráulicos, y a cada uno le pertenece una válvula 5/3 y un sensor de posición rotacional, en este caso el sistema cuenta con sensores resistivos. Estos sensores nos dan información del ángulo en el que se encuentra posicionado el brazo robótico.
Ilustración 31: Motor hidráulico
Tenemos un pistón hidráulico de doble efecto, el cual sirve para en ensamblaje de piezas, para saber la posición del pistón, se usa un sensor capacitivo
Ilustración 32: Pistón de doble efecto
Ilustración 33: Cilindro de doble efecto
Finalmente tenemos un cilindro de doble efecto neumático, se una energía neumática ya que no se necesita tanta fuerza en el Gripper
Ilustración 34: Gripper
Sensores
4 Sensores resistivos en los motores hidráulicos de ángulo
Actuadores
5 Electroválvulas 5-3 hidráulicas.
5 Electroválvulas 5-3 neumáticas.
1 Pistón de doble efecto hidráulico.
4 Motor hidráulico de doble efecto.
1 Cilindro neumático (Gripper).
Componentes
2 Válvulas estranguladoras.
1 Panel control general.
1 Paro general.
1 Switch busy.
1 Switch ready.
1 Botón encendido.
1 Panel control manual.
1 Switch modo operación (automático - manual).
1 Perilla de control de velocidad proporcional.
5 Switch de giro cola de ratón de 3 posiciones.
1 Switch control de cierre de Gripper cola de ratón de 2 posiciones.
3 Indicadores (encendido – conectado con PLC - error).
3 Botones (encendido – apagado – paro emergencia).
4 LEDs indicadores (+5V, +12V, -12V,+24V).
1 Compresor hidráulico
1 Caja de conexiones
Tipo de Línea de Producción El tipo de línea de producción es desbalanceada, ya que debido a la estación anterior donde se hay un control de calidad puede o no llegar el material necesario para realizar el ensamble.
Estación de Almacenamiento Automatizado Función
Almacén de producto clasificado de acuerdo a sus características: terminado, defectuoso y a procesar, cuenta con 32 espacios disponibles colocados en forma matricial. Controlado por PLC Gateway TURK BL-20-PG-EN-IP. Componentes y Sensores
Sensores de presencia capacitivos IF5557. Detecta el vagón con material, dicha señal es enviada al PLC central.
Robot antropomórfico con 2 GDL. Recoge el material del vagón y la posiciona en una charola de almacenamiento temporal.
Charola de almacenamiento temporal. Cuenta con un sensor capacitivo que detecta si hay pallets existentes. La señal emitida por el sensor, es enviada al PLC de la estación.
Pistón en base con 2 GDL. Cuenta con finales de carrera montados dentro del pistón para detectar la entrada y salida del vástago. La señal de los sensores es enviada al PLC de la estación.
Base con 2 GDL. Transporta y coloca en alguno de los 32 espacios disponibles en el almacén las piezas. De igual manera se encarga de retirar los productos que se encuentren en el almacén y colocarlos en la banda transportadora.
Conclusión El laboratorio CIM (Computer-Integrated Manufacturing), como su nombre lo indica, comunica las diferentes estaciones por las que la materia prima debe pasar para así transformarse en un producto final. A pesar de que es un laboratorio, simula de forma real el proceso que se lleva a cabo en la industria. Pues son necesarias tecnologías modernas de manufactura, como la estación de manufactura en la cual un robot se encarga de coger una pieza de la banda transportadora y colocarla en el torno para que sea maquinada por el CNC. O la estación de calidad, donde se hace uso de Inteligencia Artificial para detectar algún defecto en las piezas y así terminar su ensamble en la estación hidráulica. Las estaciones de trabajo están coordinadas y organizadas mediante el PLC central. Éste tiene la función específica de controlar la banda transportadora dependiendo de la lectura de los sensores capacitivos que se encuentran en cada estación, con el fin de mandar la materia a la siguiente estación. También existen PLC´s en algunas estaciones, específicamente en la estación de neumática, estación de almacén y la estación de procesos. La industria requiere de la Manufactura Integrada por Computadora para minimizar el tiempo de producción y aprovechar la materia prima, significando mayores ventas y ganancias. Por último, se encontró que se cuenta con una línea de producción desbalanceada, pues cada estación requiere de tiempos diferentes para poder realizar su tarea y así la materia prima puede avanzar en su proceso
