INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL -...
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN REHABILITACIÓN DE SISTEMA DIDÁCTICO DE UNA BANDA DE ENSAMBLAJE TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE: INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN P R E S E N T A: JACOBO EMANUEL CRUZ SILVA DIRECTORES DE TESIS M. en C. Ivone Cecilia Torres Rodríguez M. en C. Antonio Obregón Tenorio Ing. José Ángel Mejía Domínguez MÉXICO, D.F. JUNIO 2011
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN
REHABILITACIÓN DE SISTEMA DIDÁCTICO DE UNA
BANDA DE ENSAMBLAJE
TESIS
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE:
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN
P R E S E N T A:
JACOBO EMANUEL CRUZ SILVA
DIRECTORES DE TESIS
M. en C. Ivone Cecilia Torres Rodríguez
M. en C. Antonio Obregón Tenorio
Ing. José Ángel Mejía Domínguez
MÉXICO, D.F. JUNIO 2011
Dedicatoria.
Dedico la presente tesis a todas las personas que estuvieron apoyándome en todo
momento, a aquellas personas que no dudaron de mí, gracias por depositar su confianza
en mí y no poner una sola gota de duda, a todas las personas que hicieron posible esta
meta y que me apoyan para seguir adelante en todo instante. Este ha sido solo un paso
en mi vida y que continuara este sueño con su mismo apoyo y confianza de siempre.
La grandeza de un hombre no se mide de los pies a la cabeza, sino de la cabeza al cielo
Napoleón Bonaparte.
ÍNDICE DE CONTENIDO Página
Capítulo I: Introducción ------------------------------------------------------------------------------- 1
1.1 Objetivo --------------------------------------------------------------------------------------- 2
1.2 Justificación ---------------------------------------------------------------------------------- 3
1.3 Marco teórico -------------------------------------------------------------------------------- 3
1.3.1 Banda transportadora --------------------------------------------------------- 3
1.3.2 Controlador lógico programable (PLC) ----------------------------------- 4
1.3.3 Producción en cadena -------------------------------------------------------- 5
Capítulo II: Planteamiento del Problema -------------------------------------------------------- 6
2.1 Introducción ---------------------------------------------------------------------------------- 7
2.2 Funcionamiento actual -------------------------------------------------------------------- 9
Capítulo III: Equipos y Conexiones ---------------------------------------------------------------- 10
3.1 Introducción ----------------------------------------------------------------------------------- 11
3.2 Criterio de selección de los motores de CD ------------------------------------------ 12
3.3 Criterio de selección se sensor infrarrojo --------------------------------------------- 13
3.4 Criterio de selección de sensor capacitivo -------------------------------------------- 15
3.5 Criterio de selección de sensor inductivo --------------------------------------------- 17
3.6 Criterio de selección del PLC ------------------------------------------------------------ 19
3.7 Diagrama de conexión de los sensores ----------------------------------------------- 20
3.8 Diagrama de conexión de los elementos de salida -------------------------------- 22
3.9 Diagrama de conexión de las salidas hacia la tarjeta de
adquisición de datos ----------------------------------------------------------------------- 24
Capítulo IV: Programación --------------------------------------------------------------------------- 27
4.1 Introducción ---------------------------------------------------------------------------------- 28
4.2 Secuencia de programación en el PLC ----------------------------------------------- 29
4.3 Programación de la interfaz de monitoreo ------------------------------------------- 34
4.3.1 Introducción ----------------------------------------------------------------------- 34
4.3.2 Programación Visual ----------------------------------------------------------- 36
4.3.1 Programación de conexiones ------------------------------------------------ 39
Capítulo V: Conclusiones, Recomendaciones y Propuesta Económica -------------- 47
5.1 Propuesta económica ---------------------------------------------------------------------- 48
5.2 Conclusiones --------------------------------------------------------------------------------- 49
5.3 Recomendaciones -------------------------------------------------------------------------- 49
Bibliografía ------------------------------------------------------------------------------------------------- 51
Anexo A: PLC MicroLogix 1000 --------------------------------------------------------------------- 52
Anexo B: Hoja de datos del sensor capacitivo ------------------------------------------------ 56
Anexo C: Hoja de datos del sensor inductivo ------------------------------------------------- 58
Anexo D: NI-USB 6008 ---------------------------------------------------------------------------------- 60
Índice de figuras Página
Figura 2.1: Diagrama de la banda transportadora ------------------------------------------------ 7
Figura 2.2: Anillo y pieza de aluminio ---------------------------------------------------------------- 8
Figura 2.3: Programa en basic ------------------------------------------------------------------------- 9
Figura 3.1: PLC Allen-Bradle --------------------------------------------------------------------------- 11
Figura 3.2: Motor de CD con caja reductora de velocidad -------------------------------------- 11
Figura 3.3: Ejemplo de un motor de corriente directa -------------------------------------------- 12
Figura 3.4 Dimensiones del motor seleccionado -------------------------------------------------- 13
Figura 3.5 Sensor de reflexión difusa (réflex) ------------------------------------------------------ 14
Figura 3.6 Sensor capacitivo --------------------------------------------------------------------------- 15
Figura 3.7 Dimensiones del sensor ------------------------------------------------------------------- 16
Figura 3.8 Sensor físicamente ------------------------------------------------------------------------- 16
Figura 3.9 Sensor Inductivo ---------------------------------------------------------------------------- 17
Figura 3.10 Dimensiones del sensor ----------------------------------------------------------------- 18
Figura 3.11: Fotografía del sensor inductivo ------------------------------------------------------- 18
Figura 3.12 Programación en escalera en PLC Allen-Bradley --------------------------------- 19
Figura 3.13 Interfaz estilizada con LabVIEW ------------------------------------------------------- 19
Figura 3.14 Simulador de embotelladora en LogixPro ------------------------------------------- 20
Figura 3.15 Diagrama de conexión de un sensor ------------------------------------------------- 20
Figura 3.16 Diagrama de conexión de un sensor de tres cables ----------------------------- 21
Figura 3.17 Diagrama de conexión de un sensor de un sensor de cuatro cables -------- 21
Figura 3.18 Distribución de las salidas (Output) del PLC Micrologix 1000 ----------------- 22
Figura 3.19 Ejemplo de conexión de los motores con el PLC --------------------------------- 22
Figura 3.20 Ejemplo de conexión del solenoide con el PLC ----------------------------------- 23
Figura 3.21 Diagrama de conexión de las salidas del PLC hacia la tarjeta
de adquisición de datos ----------------------------------------------------------------- 25
Figura 3.22 Diagrama de bloques del módulo didáctico --------------------------------------- 26
Figura 3.23 Diagrama esquemático de conexión del módulo didáctico -------------------- 27
Figura 4.1 Diagrama de flujo de control ------------------------------------------------------------- 29
Figura 4.2. Control del arranque y paro ------------------------------------------------------------- 31
Figura 4.3 Control del primer actuador solenoide ------------------------------------------------ 31
Figura 4.4 Detección de la pieza de metal en la cadena --------------------------------------- 31
Figura 4.5 Temporizador para el retraso de los sensores de la banda ---------------------- 32
Figura 4.6 Detección de la presencia de la pieza de metal en la banda -------------------- 32
Figura 4.7 Detección de la presencia de la pieza de plástico en la banda ----------------- 33
Figura 4.8 Detección de la presencia de la pieza de plástico en la banda ----------------- 33
Figura 4.9 Temporizador encargado de activar el actuador de descarte ------------------- 34
Figura 4.10 Línea final del código del PLC --------------------------------------------------------- 34
Figura 4.11 Pantalla de inicio de LabView ---------------------------------------------------------- 35
Figura 4.12 Pantalla de diagrama de bloques ----------------------------------------------------- 36
Figura 4.13 Pantalla de panel frontal ---------------------------------------------------------------- 36
Figura 4.14 Horizontal Smooth Box ----------------------------------------------------------------- 37
Figura 4.15 Label ----------------------------------------------------------------------------------------- 38
Figura 4.16 Base de la interfaz gráfica -------------------------------------------------------------- 38
Figura 4.17 indicadores y botones ------------------------------------------------------------------- 39
Figura 4.18 Interfaz final -------------------------------------------------------------------------------- 40
Figura 4.19 Interfaz en el diagrama de bloques -------------------------------------------------- 41
Figura 4.20 Contenido del menú Boolean ---------------------------------------------------------- 42
Figura 4.21 Menú de Mesurement I/O --------------------------------------------------------------- 42
Figura 4.22 Pantalla de selección de modo de la tarjeta --------------------------------------- 43
Figura 4.23 Pantalla de designación de entradas ------------------------------------------------ 44
Figura 4.24 Listado de entradas digitales del sistema ------------------------------------------ 44
Figura 4.25 Pantalla de configuración de las entradas ----------------------------------------- 45
Figura 4.26 Entradas conectadas al sistema ------------------------------------------------------ 46
Índice de Tablas Página
Tabla 3.1 Distribución de entradas digitales de la tarjeta de adquisición de datos ------- 24
Tabla 4.1 Detalles de entradas y salidas del PLC ------------------------------------------------- 30
Tabla 4.2 Distribución de entradas del módulo de adquisición de datos -------------------- 45
Tabla 5.1 Cotización de equipos ----------------------------------------------------------------------- 48
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Capítulo I:
Introducción
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1.1 Objetivo.
Rehabilitar el sistema de control del módulo didáctico de una banda de ensamblaje que se encuentra en los laboratorios de ICA por medio de programación de un Controlador Lógico Programable (PLC) y programación de interfaces gráficas para su funcionamiento en futuras prácticas.
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1.2 Justificación.
Como se menciona en el objetivo, se pretende rehabilitar este prototipo de la banda de ensamblaje ya que es necesario para prácticas y trabajos en el ámbito del control y la programación de PLC.
Este prototipo no está actualmente en funcionamiento, pero esto no quiere decir que no funcionen, dichos componentes pueden seguir utilizándolos pero es necesaria la actualización de su sistema de control para que se adapte a las necesidades actuales de los estudiantes.
Entre las ventajas significativas que ofrecerá la rehabilitación de este prototipo son las siguientes:
La utilización de esta herramienta para prácticas y proyectos. Dejar a las nuevas generaciones una herramienta importante para su aprendizaje. La utilización de los conocimientos adquiridos para su rehabilitación. La actualización del equipo sin un gasto elevado reutilizando componentes. El costo para un futuro mantenimiento será reducido.
Siendo de apoyo en las materias de Interfaces y Microcontroladores, Control de Máquinas y Procesos Eléctricos, Control de Procesos I y II. Además de ser beneficiados más de 800 alumnos que cursan desde séptimo hasta noveno semestre en ambos turnos.
1.3 Marco Teórico.
1.3.1 Banda Transportadora.
Una cinta transportadora es un sistema de transporte continuo formado básicamente por una banda continua que se mueve entre dos tambores.
La banda es arrastrada por fricción por uno de los tambores, que a su vez es accionado por un motor. El otro tambor suele girar libre, sin ningún tipo de accionamiento, y su función es servir de retorno a la banda. La banda es soportada por rodillos entre los dos tambores.
Debido al movimiento de la banda el material depositado sobre la banda es transportado hacia el tambor de accionamiento donde la banda gira y da la vuelta en sentido contrario. En esta zona el material depositado sobre la banda es vertido fuera de la misma debido a la acción de la gravedad.
Las cintas transportadoras se usan principalmente para transportar materiales granulados, agrícolas e industriales, tales como cereales, carbón, minerales, etcétera, aunque también se pueden usar para transportar personas en recintos cerrados (por ejemplo, en grandes hospitales y aeropuertos). A menudo para cargar o descargar buques cargueros o
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camiones. Para transportar material por terreno inclinado se usan unas secciones llamadas cintas elevadoras. Existe una amplia variedad de cintas transportadoras, que difieren en su modo de funcionamiento, medio y dirección de transporte, incluyendo transportadores de tornillo, los sistemas de suelo móvil, que usan planchas oscilantes para mover la carga, y transportadores de rodillos, que usan una serie de rodillos móviles para transportar cajas.
Las cintas transportadoras se usan como componentes en la distribución y almacenamiento automatizados. Combinados con equipos informatizados de manejo de palés, permiten una distribución minorista, mayorista y manufacturera más eficiente, permitiendo ahorrar mano de obra y transportar rápidamente grandes volúmenes en los procesos, lo que ahorra costes a las empresas que envía o reciben grandes cantidades, reduciendo además el espacio de almacenaje necesario.
Esta misma tecnología se usa en dispositivos de transporte de personas tales como cintas y escaleras mecánicas y en muchas cadenas de montaje industriales. Las tiendas suelen contar con cintas transportadoras en las cajas para desplazar los artículos comprados. Las estaciones de esquí también usan cintas transportadoras para remontar a los esquiadores.
La cinta transportadora más larga del mundo está en el Sáhara Occidental, tiene 100 km de longitud y va desde las minas de fosfatos de Bu Craa hasta la costa sur de El Aaiún. La cinta transportadora simple más larga tiene 17 km y se usa para transportar piedra caliza y pizarra desde Meghalaya (India) hasta Sylhet (Bangladesh) [1].
1.3.2 Controlador lógico programable (PLC).
El PLC se inició como un reemplazo para los bancos de relevadores. Poco a poco, las matemáticas y la manipulación de funciones lógicas se añadieron. Hoy en día son los cerebros de la inmensa mayoría de la automatización, procesos y máquinas especiales en la industria. Los PLC son más pequeños, tienen mayor velocidad de procesamiento y cuenta con tecnologías de comunicación diferentes.
Se puede pensar en un PLC como un pequeño computador industrial que ha sido altamente especializado para prestar la máxima confianza y máximo rendimiento en un ambiente industrial. En su esencia, un PLC mira sensores digitales y analógicos e interruptores (entradas), lee su programa de control, cálculos matemáticos y como resultado controla diferentes tipos de hardware (salidas) tales como válvulas, lámparas, relés, servomotores, etc. en un marco de tiempo de milisegundos (ms).
Mientras los PLC son adecuados con el control rápido de información. Comúnmente los PLC intercambian información con paquetes de software en el nivel de planta como interfaces maquina operador (HMI) o Control de Supervisión y Adquisición de Datos (SCADA). Todo intercambio de datos con el nivel de negocios de la empresa (servicios de información, programación, sistemas de contabilidad y análisis) tiene que ser recogido, convertido y transmitido a través de un paquete SCADA.
La mayoría de PLC, las redes de comunicación son exclusivas de la marca y con velocidad limitada. Con la aceptación de Ethernet, las velocidades de comunicación de la
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red han aumentado, pero todavía a veces usan se usan protocolos de propiedad de cada marca.
En general, los PLC son cada vez más rápidos y más pequeños y como resultado de esto, están ganando capacidades que solían ser dominio exclusivo de la computadora personal (PC) y de las estaciones de trabajo. Esto se traduce en manejo datos críticos de manera rápida que se comparte entre el PLC en el piso de la fábrica y el nivel de negocios de la empresa. Ya no se trata de los PLCs antiguos que únicamente controlaban salidas a partir de una lógica y de unas entradas
Algunas de las características que un PLC puede aportar a sus proyectos de automatización son los servidores web, servidores FTP, envío de e-mail y Bases de Datos Relacionales Internas [2].
1.3.3 Producción en cadena,
La producción en cadena o producción en serie fue un proceso revolucionario en la producción industrial; una forma de organización de la producción que delega a cada trabajador una función específica y especializada en máquinas también más desarrolladas. Su idea teórica nace con el taylorismo, pero madura con Henry Ford. A finales del siglo XX es superada por una nueva forma de organización industrial llamada toyotismo que se ha profundizado en el siglo XXI.
La disciplina del trabajo y la búsqueda del control de los tiempos de producción del obrero tenían un límite objetivo en el siglo XIX. Este era que el día tiene 24 horas y la forma en que el obrero trabajaba tenía una velocidad determinada aún en gran parte por el tiempo dedicado a fabricar algún objeto. La división del trabajo no bastó para aumentar la velocidad en la producción por lo que Frederick Taylor trabajó la idea de cronómetro con el objetivo de eliminar ese "tiempo inútil" o malgastado en el proceso productivo.
La organización del trabajo taylorista redujo efectivamente los costos de las fábricas pero se desentendió del salario de los obreros. Eso dio inicio a numerosas huelgas y descontento generalizado del proletariado con el modelo, cosa que Henry Ford corrigió y con esto logró también una visible transformación social [3].
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Capítulo II:
Planteamiento del Problema
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2.1 Introducción.
El sistema fue diseñado para una representación real de selección de componentes, ensamble e inspección de procesos que pueden ser controlados desde prácticamente cualquier PLC actual. Con su interfaz integrada se puede tener una comunicación con una computadora, en un principio la unidad estaba diseñada para clasificar el ensamble de una pieza de aluminio con un anillo de plástico además de asegurar que la pieza final este correctamente ensamblada.
Figura 2.1 Diagrama de la banda transportadora
Los componentes eran colocados inicialmente al azar en la cadena transportadora de la figura 2.1, que los elevaba a un nivel superior, cuando estaban en el nivel superior el componente de plástico es detectado por un sensor infrarrojo y expulsado a la tolva de ensamblaje por un actuador.
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La pieza de aluminio mientras tanto continúa sobre la cadena y es finalmente desviado a la tolva de alimentación. Desde la tolva de alimentación el componente de aluminio es automáticamente puesto en la banda transportadora.
Un sensor infrarrojo era utilizado para determinar sí la tolva tiene o no anillos de plásticos, si esta se encontraba vacía un solenoide rotatorio despachaba los anillos desde la cadena de transportadora hacia la tolva.
La tolva esta justamente colocada justo después de la banda transportadora y cuando la pieza de aluminio pasa, el anillo y la pieza de aluminio de la figura 2.2 eran automáticamente ensamblados. Unos sensores capacitivos, inductivos e infrarrojos estaban colocados a lo largo de la banda transportadora para verificar el estado ensamble.
Figura 2.2 Anillo y pieza de aluminio.
Si los componentes no eran correctamente ensamblados eran expulsados por un solenoide hacia la tolva de reciclaje, de la contrario los componentes pasaba hacia la parte final de la bandeja de piezas terminadas.
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2.2 Funcionamiento actual.
La fecha en la que fue elaborado el módulo de ensamblaje data de 1988, por lo cual el control que aparece en el manual donde describe su funcionamiento es obsoleto, en este muestra programas hechos en “Basic” como el mostrado en la figura 2.3, además de circuitos de control electrónico que son fácilmente sustituidos por un PLC actual.
Figura 2.3 Programa en Basic.
Los componentes del módulo como pueden ser los motores, sensores, etc. tienen más de 20 años de antigüedad que en términos de la ingeniería son completamente obsoletos, además de que la mayor parte de ellos ya no se encuentran o dejaron de funcionar hace ya algunos años.
En la actualidad el módulo no tiene ninguna utilidad, solo tiene la función de demostrar cómo es un sistema básico de ensamblaje.
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Capítulo III:
Equipos y Conexiones
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3.1 Introducción.
Para que el módulo didáctico volviera a tener la funcionalidad que tenía hace 20 años, se deben de actualizar algunos de sus componentes y la forma de programar sus sistemas de control, para esto se puede ocupar uno de los PLC Allen-Bradley con los que se cuentan en la escuela como el mostrado en la figura 3.1, además de hacer una interfaz de este sistema en la computadora.
Figura 3.1 PLC Allen-Bradley.
En lo que concierne a la banda y la cadena de transportación se podrán nuevos motores de CD (Corriente Directa) con una caja reductora de velocidad como el que se muestra en la figura 3.2, que son de mucha ayuda para el fácil control del sistema, además de que son precisos y de fácil manejo. Un motor de CD con caja reductora de velocidad es el más adecuado para esta tarea ya tienen una velocidad baja y conservan su par normal.
Figura 3.2 Motor de CD con caja reductora de velocidad.
Los sensores faltantes fueron sustituidos por unos nuevos más precisos y eficientes, si los sensores con lo que originalmente contaba son todavía funcionales solo se les tiene que adaptar al nuevos sistema de control del módulo. Esto sería muy fiable dado que se reducirían gastos en material nuevo y se aprovecharía con lo que ya se cuenta.
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3.2 Criterio de selección de los motores de CD.
Para poder llevar la rehabilitación correcta de este módulo didáctica es necesario seleccionar adecuadamente los motores como el de la figura 3.3 que se van a utilizar, dicho motor puede ser modificado con una caja reductora de velocidad, con dicha caja se puede reducir su velocidad en una forma segura y eficiente.
Figura 3.3: Ejemplo de un motor de corriente directa.
Esta máquina de corriente directa es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, paro y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. La principal característica del motor de corriente directa es la posibilidad de regular la velocidad desde cero hasta su velocidad
máxima. Su principal inconveniente, el mantenimiento que es muy caro y laborioso [4].
Es necesario que el motor tenga una velocidad pequeña, dado que se requiere observar el funcionamiento de la maqueta didáctica detenidamente, si el motor no cuenta con la suficiente potencia o velocidad es posible que la cadena transportadora o la banda transportadora no tengan un adecuado funcionamiento.
Al emplear una caja reductora de velocidad se tienen las siguientes ventajas:
Una buena regulación tanto en la velocidad como en la potencia transmitida. Una mayor eficiencia en la transmisión de la potencia suministrada por el motor. Mayor seguridad en la transmisión, reduciendo los costos en el mantenimiento. Menor espacio requerido y mayor rigidez en el montaje. Menor tiempo requerido para su instalación y reposición.
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Se seleccionó un motor con una caja reductora de velocidad de 29:1 que cuenta con las siguientes características:
Características a 12 VCD:
Velocidad: 350 RPM. Corriente sin carga: 300 mA Corriente máxima: 5 A Par máximo: 8 Kg-cm
Características a 6 VDC:
Velocidad: 175 RPM. Corriente sin carga: 250 mA Corriente máxima: 2.5 A Par máximo: 4 Kg-cm.
En la figura 3.4 se muestran las dimensiones del motor con la caja reductora de velocidad en milímetros (mm).
Figura 3.4 Dimensiones del motor seleccionado.
3.3 Criterio de selección del sensor infrarrojo
El sensor infrarrojo juega un papel fundamental en el prototipo, con este se detecta la presencia de los componentes en la cadena transportadora, además de que se puede llevar la cuenta de las piezas ensambladas, las piezas que no fueran ensambladas correctamente y/o contar las piezas en la banda transportadora.
Para este caso son necesarios sensores de reflexión difusa (réflex) como el de la figura 3.5. Este tipo de sensor presenta una cara frontal en la que encontramos tanto al elemento emisor que es Diodo Emisor de Luz (LED) como al elemento receptor,
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fototransistor. Debido a esta configuración el sistema tiene que medir la radiación proveniente del reflejo de la luz emitida por el LED [5].
Figura 3.5 Sensor de reflexión difusa (réflex).
Se debe tener presente que esta configuración es sensible a la luz del ambiente perjudicando las medidas, pueden dar lugar a errores, así pues será importante que trabajen en ambientes de luz controlada. Otro aspecto a tener en cuenta es el coeficiente de reflectividad del objeto, el funcionamiento del sensor será diferente según el tipo de superficie.
Teniendo estas consideraciones en cuenta se tiene que elegir un sensor adecuado para los materiales que se desea detectar, en este caso son aluminio y plástico, para estos casos se tiene ajustar a una distancia correcta el rayo de luz infrarroja que emite el sensor para que detecte correctamente los dos materiales por separados en el caso de la cadena transportadora donde son colocados.
Para esta tarea los sensores originales se encuentran funcionales en el módulo didáctico. Son dos sensores los que se requieren, estos dos únicos sensores colocados en la parte de la cadena donde selecciona la pieza plástica y la pieza de mental, se encuentran calibrados con su configuración original.
Los sensores con los que cuenta el módulo didáctico tienen las siguientes características:
•Voltaje de operación: 0 a 12 VCD •Rango de detección: 1 cm a 5 cm aproximadamente •Salida: Digital
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3.4 Criterio de selección del sensor capacitivo
Los sensores capacitivos como el que se muestra en la figura 3.6 reaccionan ante no metales que al aproximarse a la superficie activa sobrepasan una determinada capacidad. La distancia de conexión respecto a un determinado material es tanto mayor cuanto más elevada sea su constante dieléctrica. Estos sensores se emplean para la identificación de objetos, para funciones contadoras y para toda clase de controles de nivel y de carga de materiales sólidos o líquidos [5].
Figura 3.6 Sensor capacitivo.
Este sensor se requirió en la parte de la banda transportadora para detectar que ambas piezas estén ensambladas correctamente, dicho sensor debió ser colocado antes del último actuador, ya que es el que detecta si la pieza esta defectuosa o no, este último actuador solenoide es el que se encarga de separar las piezas defectuosas de las que están correctamente armadas.
Al colocar este sensor se tuvo un especial cuidado en su calibración, ya que como la banda transportadora es de hule, el sensor puede generar errores al detectar la banda si su campo de detección es demasiado grande, pero en caso contrario si el campo es pequeño no llega a detectar la presencia de la pieza de plástico haciendo que el módulo no tenga un correcto funcionamiento.
Los precios de estos sensores son elevados por lo que se buscó un sensor económico, pero que cumple con los requerimientos del módulo didáctico.
Para esta tarea se seleccionó un sensor cilíndrico CM18-12NNP-KC1 de la marca SICK que cuenta con las siguientes características:
Alimentación: 10-40 VCD Carcasa de plástico Temperatura de utilización: –25 a +80 °C Tensión residual: 2.5 Volts Protección contra cortocircuitos Salida NPN - NO y NC Alcance 12 mm ajustable
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- Con una conexión M12 - 4 polos En la figura 3.7 se muestran las dimensiones del sensor seleccionado.
Figura 3.7 Dimensiones del sensor
En la figura 3.8 se muestra el sensor.
Figura 3.8 Sensor físicamente
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3.5 Criterio de selección del sensor inductivo
Los sensores inductivos como el mostrado en la figura 3.9 son una clase especial de sensores que sirven para detectar materiales metálicos. Son de gran utilización en la industria, tanto para aplicaciones de posicionamiento como para detectar la presencia de objetos metálicos en un determinado contexto (control de presencia o de ausencia, detección de paso, de atasco, de posicionamiento, de codificación y de conteo) [5].
Figura 3.9 Sensor Inductivo.
El sensor fue colocado en su soporte especial del prototipo justo después de la tolva de ensamblaje, su posicionamiento se debe a que también se debe detectar la presencia de la pieza de aluminio sobre la banda. Este sensor junto con el sensor capacitivo ayuda a detectar si las piezas fueron correctamente ensambladas.
El módulo didáctico cuenta con una carcasa especial en el cual anteriormente se encontraba colocado dicho sensor, en la actualidad lo único que queda es la carcasa. Así que se aprovecha dicha carcasa para colocar el nuevo sensor, como no se tiene un dato de que dimensiones tenía el sensor anterior se selecciona uno estándar. Al igual que el sensor inductivo se selecciona un sensor económico pero que cumpla con los requerimientos que se necesitan
Para esta tarea se seleccionó un sensor cilíndrico IM30-10BPS-ZC1 de la marca SICK que cuenta con las siguientes características:
Alimentación: 10-30 VCD Carcasa de latón niquelado Temperatura de utilización: –25 a +75 °C Sensores largos Salida PNP - NO Tensión residual: 1 V Protección contra cortocircuitos Frecuencia: 200 Hz Alcance 10 mm Conexión M12 - 4 polos
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Las dimensiones del sensor se pueden ver en la figura 3.10.
Figura 3.10 Dimensiones del sensor
En la figura 3.11 se muestra el sensor físicamente.
Figura 3.11: Fotografía del sensor inductivo
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3.6 Criterio de selección del PLC
La marca de PLC que se decidió seleccionar para este proyecto un Allen-Bradley MicroLogix 1000 ya que cuenta con una programación intuitiva en escalera como la mostrada en la figura 3.12, sus salidas tienen corrientes y voltajes flexibles, además de contar con entradas con voltajes normalizados. Estos PLC son muy flexibles ya se le puede diseñar una interface estilizada con un programa especial como puede ser el LabVIEW a través de un módulo de adquisición de datos.
Figura 3.12 Programación en escalera en PLC Allen-Bradley.
Con una interface estilizada como la mostrada en la figura 3.13 se puede monitorear el proceso, en este caso el módulo didáctico, desde cualquier parte de la escuela, si la computadora con la cual tiene comunicación el módulo de adquisición de datos tiene conexión a internet esto es posible. Ya que se puede crear un vínculo en una red de computadoras para que desde la computadora o dispositivo móvil que se deseé se puede observar el funcionamiento del proceso.
Figura 3.13 Interfaz estilizada con LabVIEW.
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Además de que se cuenta con un programa llamado LogixPro, este programa fue desarrollado por unos programadores independientes, estos desarrolladores son los de TheLearningPit.com, este programa es muy útil ya que se puede simular el programa y verificar su correcto funcionamiento antes de ser puesto en marcha en el PLC.
El LogixPro nos ofrece una amplia gama de simulación de procesos para poder practicar la programación del PLC como el de la figura 3.14, además de realizar diferentes arreglos o correcciones en el programa para evitar que los componentes del prototipo se dañen si es que hay algún error
Figura 3.14 Simulador de embotelladora en LogixPro.
3.7 Diagrama de conexión de los sensores
Los sensores necesarios para este prototipo didáctico cuentan con una conexión especial. En sensores de proximidad de dos cables con contactos NA (normalmente abierto) o NC (normalmente cerrado), el diagrama de conexión se muestra en la Figura 3.15 [6].
Figura 3.15 Diagrama de conexión de un sensor de dos hilos.
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En la Figura 3.16 se muestra el tipo de conexión de un sensor de tres cables tipo P (alimentación independiente y señal) y multi-rele [6]:
Figura 3.16 Diagrama de conexión de un sensor de tres hilos.
En la Figura 3.17 se muestra el tipo de conexión de un sensor de cuatro cables tipo P (alimentación independiente, NA + NC) y multi-rele [6]:
Figura 3.17 Diagrama de conexión de un sensor de cuatro hilos.
Para este caso se seleccionó unos sensores de cuatro cables que será alimentado a 12VCD. Los bornes de entrada del PLC que se seleccionó para este proyecto pueden admitir un voltaje de hasta 24 VCD, por esto se decidió utilizar estos sensores [6]. Aquí solo se mostraron los diagramas de conexión para sensores de CD, para los sensores que requieren de CA (corriente alterna) el tipo de conexión no cambia, lo único que varía es la alimentación, esta va de 110 a 127 VCA. En este proyecto la mayoría de los elementos que van a ser utilizados son con los que cuenta la escuela, es por eso que se definió la conexión de los diferentes tipos de sensores que existen. Estas conexiones aplican para los diferentes sensores seleccionados para el funcionamiento del prototipo, como son un sensor inductivo, capacitivo e infrarrojo.
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3.8 Diagrama de conexión de los elementos de salida
Los bornes de salida del PLC cuentan con un amplio rango de voltajes que pueden ser desde 0 hasta 127 VCD o de 0 a 127 VCA, esta es una ventaja ya que como es un proyecto didáctico la tensión máxima necesaria no es mayor a 12 VCD. En la figura 3.18 se muestra como están distribuidas las salidas del PLC dependiendo del tipo de tensión que se requiera [7]:
Figura 3.18 Distribución de las salidas (Output) del PLC Micrologix 1000.
Los motores necesarios para mover la cadena y la banda transportadora no pueden ir conectados directamente a las salidas del PLC por lo que se requiere de un control de potencia previo a la conexión de control del PLC, esto es para evitar dañar, en la figura 3.19 se muestra el diagrama de potencia de la conexión de los motores [7].
Figura 3.19 Ejemplo de conexión de los motores con el PLC.
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El módulo cuenta con otro actuador solenoide en la tolva de ensamblaje, el cual tiene la función de abrir una compuerta para dejar caer la pieza de plástico sobre la de aluminio para formas una sola pieza, además de otro actuador solenoide que selecciona la pieza de plástico para ser desviada a la tolva de ensamblaje, el tercer actuador solenoide se encuentra al final de la banda transportadora que se encarga de descartar las piezas mal ensambladas, el diagrama de conexión no es muy diferente en comparación con el de los motores, en la figura 3.20 se muestra cómo se lleva a cabo dicha conexión [7].
Figura 3.20 Ejemplo de conexión del solenoide con el PLC.
Dado que los actuadores no presentan una seria amenaza de fallo que afecte gravemente a las salidas del PLC, se decidió no utilizar un sistema de potencia antes de conectarlo con las salidas. Este diagrama es solo para el primer actuador solenoide, para los otros dos se sigue la misma secuencia.
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3.9 Diagrama de conexión de las salidas hacia la tarjeta de adquisición de datos
La tarjeta de adquisición de datos seleccionado fue la NI-USB 6008 ya que la relación de entradas y salidas pequeña ya que en esta aplicación que solo va a ser para el monitoreo del funcionamiento de las salidas del sistema no se requiere de una tarjeta más compleja.
La tarjeta de adquisición de datos cuenta con la relación de entradas digitales tal como se muestra en la tabla 3.1 [8], solo ocuparan las entradas de la tarjeta ya que el sistema de control se llevara a cabo mediante el PLC.
Tabla 3.1 Distribución de entradas digitales de la tarjeta de adquisición de datos
25
La conexión de las entradas de la tarjeta con el PLC se hace como se muestra en la figura 3.21.
Figura 3.21 Diagrama de conexión de las salidas del PLC hacia la tarjeta de adquisición de datos
Esta conexión como se observa en la figura 3.21 tiene que tener un circuito auxiliar que ayude a cambiar el voltaje de la entrada y salida del PLC que es de 10 VCD a los 5 VCD que se necesitan para activar las entradas de la tarjeta de adquisición de datos. El PLC puede ser sustituido por otro controlador o microcontrolador para llevar acabo la misma tarea de monitoreo de las salidas [8].
El sistema de monitoreo es completamente independiente del sistema de control, por esta razón si se desea implementar otro control. Solo se tiene que tener en mente que la tarjeta de adquisición de datos el máximo voltaje de que puede soportar son 5 VCD, así que si se le conecta a la entrada un salida de mayor voltaje se puede llegar a dañar la tarjeta.
26
Entradas (sensores) a 12 VCD
PLC
Salidas a 12 VCD
SolenoidesCircuito de potencia
Motores a 12 VCD
Convertidor de12 VCD a 5 VCD
Tarjeta de adquisición de
datos
Figura 3.22 Diagrama de bloques conexión de las salidas del módulo didáctico
27
Figura 3.23 Diagrama esquemático conexión de las salidas del módulo didáctico
BP BA
Ban
deja d
e p
iezas correctas
Bandeja de descarte
12 VCD
NI USB-6008
Digital
An
alogico
Cadena Transportadora
Banda Transportadora
Mo
tor d
e la cad
ena
Actu
ado
r d
e d
escarte
Sensor de plástico
Senso
r de m
etal
Tolva d
e ensam
blaje
Tolva d
e alimen
tación
Mo
tor d
e la b
and
a
Actuador de la tolva
Sensor de metal, plástico y solenoide de
selección
Convertidor de 12VCD a
5VCD
Circuito de Potencia de los Motores
de CD
MicroLogix 1000
Salidas
Entradas
43
2
2
1
1 3 4
28
Capítulo IV:
Programación
29
4.1 Introducción
Ya con los elementos que conforman el sistema de la maqueta didáctica conectados, se
prosigue a diseñar el control dentro del programa conforme al diagrama de flujo que se
muestra en la figura 4.1.
Inicio
Pieza de metal y plástico en la
cadena transportadora
Detección de la pieza de plástico
Pieza de metal que continua hacia la
tolva de alimentación
Pieza de plástico dentro de la tolva
de ensambjae
Si
No
Activación del actuador solenoide
de la tolva de ensamblaje
Pieza de metal avanzando en la
banda transportadora
Ensamble de la pieza de plástico y la
de metal
Avance de la pieza ensamblada a
través de la banda transportadora
Presencia de la pieza de metal
Pieza enviado a la bandeja de descarte
Continua el avance de la pieza en la
banda
Presencia de la pieza de plástico
FinPieza final dentro de la bandeja de piezas
correctas
Si
Si
No
No
Figura 4.1 Diagrama de flujo de control
Esta secuencia es un control general en el cual comprende todos los componentes de la
maqueta didáctica. Si en el futuro se desea modificar dicha secuencia para omitir o
agregar nuevo componentes según las necesidades de la práctica que se vaya a realizar,
se tiene la libertad de hacerlo.
Esta secuencia se programa en un código escalera en el PLC seleccionado anteriormente,
para su monitoreo se hizo un arreglo con las salidas y entradas hacia la tarjeta de
adquisición de datos hacia el software llamado LabView.
30
4.2 Secuencia de programación en el PLC
Se comienza designando etiquetas a las entradas y salidas del PLC dependiendo de la
función que van a realizar, como se puede ver en la tabla 4.1. Con esta designación de
etiquetas y funciones se puede llevar un monitoreo rápido en el sistema a través del
sistema que fue diseñado para realizar esta tarea.
Tipo Dato Etiqueta Descripción
Entrada
I:1/0 B.A. Botón de Arranque
I:1/1 B.P. Botón de Paro
I:1/2 S.P. Sensor para pieza de plástico en la cadena
I:1/3 S.M. Sensor para pieza de metal en la cadena
I:1/4 S.P.C.M Sensor de presencia de la pieza de metal en la banda
I:1/5 S.P.C.P Sensor de presencia de la pieza de plástico correctamente ensamblada
Salida
O:2/0 Ba.Ca. Banda y cadena transportadora
O:2/1 V.S.P. Válvula solenoide de selección de pieza de plástico
O:2/2 V.S.T. Válvula solenoide de suministro de pieza de plástico a la tolva de ensamblaje
O:2/3 V.D.P. Válvula solenoide de descarte de pieza errónea
O:2/4 S.P.C Salida indicadora de pieza correcta.
Tabla 4.1 Detalles de entradas y salidas del PLC
A continuación se describirán todas las líneas del código en escalera que se generó de la
programación del PLC [9].
Como se puede ver en la figura 4.2, la entrada B.P. corresponde al botón de paro general
del sistema, se usó un contactor normalmente abierto dado que la naturaleza del botón de
paro es normalmente cerrado. Para el botón de arranque se ocupó de la misma forma un
contactor normalmente abierto para la entrada B.A.. La salida Ba.Ca. para que sea
energizada y provoque el enclavamiento con uno de sus contactores solo se necesita un
pequeño pulso generado por un botón físico de arranque.
31
Figura 4.2. Control del arranque y paro
La segunda línea como se muestra en la figura 4.3 de código corresponde al control del
actuador solenoide que se encarga de seleccionar la pieza de plástico de la cadena
transportadora y desviarla hacia la tolva de ensamblaje.
La entrada S.P. corresponde al sensor que detecta la pieza de plástico en la banda
transportadora, al activarse esta entrada automáticamente el actuador solenoide se
energizara a través de la salida V.S.P. El segundo contactor que se encuentra
normalmente cerrado es el correspondiente al sensor encargado de detectar la pieza de
metal en la cadena. Al activarse la entrada S.M. abrirá este contacto evitando que el
solenoide sea activado.
Esta configuración es porque los sensores encargados detectar en la cadena son
sensores de presencia infrarrojos, que no distinguen entre el material de las piezas, solo
se guían por el tamaño de las mismas.
Figura 4.3 Control del primer actuador solenoide
La figura 4.4, corresponde a la entrada del sensor que detecta la presencia de la pieza de
metal en la cadena transportadora. La salida a la cual está conectado (V.S.T.) es el
actuador solenoide que se encuentra en la tolva de ensamblaje y que permite el paso a
las piezas de plástico a la parte más baja de dicha tolva.
Figura 4.4 Detección de la pieza de metal en la cadena
La siguiente línea de programación que se muestra en la figura 4.5 está conformada por
una relación de un contacto de la salida del actuador solenoide de la tolva de ensamblaje,
32
el temporizador se esta línea tiene la función de dar un retraso a las sensores que se
encargan de verificar que las piezas están correctamente ensambladas.
Este retraso en la activación de los siguientes sensores ayuda que la pieza de metal que
se encuentra en la banda transportadora sea correctamente ensamblada. En contacto de
enclavamiento que tiene esta línea corresponde al temporizador cuando es energizado,
dado que la señal del actuador solo es momentánea este enclavamiento permite que el
temporizador siempre este energizado.
Dado que los sensores son limitados dentro de la maqueta se adoptó este método de
temporizadores para tener el control correcto.
Figura 4.5 Temporizador para el retraso de los sensores de la banda
En la figura 4.6 se cuenta con dos contactores, el primero corresponde al temporizador de
la figura 4.5 y el segundo es la entrada del sensor que se encarga de detectar la
presencia de la pieza de metal en la banda transportadora.
La entrada del sensor en esta línea esta normalmente cerrado, cuando la pieza de metal
pace por este, abrirá la entrada cortando la señal hacia la bobina auxiliar 1, en las líneas
siguientes se explicara el funcionamiento de esta bobina auxiliar.
Figura 4.6 Detección de la presencia de la pieza de metal en la banda
Lo que corresponde a la línea que se muestra en la figura 4.7 tiene el mismo
funcionamiento que la mostrada en la figura 4.6, solo que la entrada S.P.C.P. corresponde
al sensor que se encarga de detectar la presencia de la pieza de plástica dentro de la
banda transportadora.
Al igual que la línea de la figura 4.6 esta cuenta con una bobina auxiliar que se explicara
más adelante como afecta a la detección de piezas erróneas dentro de la banda
transportadora.
33
Figura 4.7 Detección de la presencia de la pieza de plástico en la banda
En la figura 4.6 se muestra la línea de programación más importante en el proceso de
detección de piezas erróneas dentro de la banda transportadora. Como se mostró en la
figura 4.6 y 4.7, las bobinas auxiliares eran desactivadas si se encontraba la presencia de
la pieza de metal o plástico dentro de banda transportadora.
En las siguientes líneas mostradas en la figura 4.8, se muestra la relación de las entradas
de los sensores que se encargan de la detección de las piezas de metal y plástico en la
banda transportadora.
Dicha relación fue necesaria para determinar si la pieza fue correctamente ensamblada,
como se puede observar al activarse la entrada del sensor que detecta la pieza de metal,
esta queda enclavada con ayuda de la bobina auxiliar 3, de la misma forma ocurre con el
sensor de la pieza de plástico, solo que esta queda enclavada con la ayuda de la bobina
auxiliar 4.
Si la pieza final está correctamente ensamblada entonces los dos contactos de las
bobinas auxiliares deben de estar activados, lo cual manda una señal a la salida S.P.C.
que corresponde a la señalización de que la pieza fue correctamente ensamblada.
Figura 4.8 Detección de la presencia de la pieza de plástico en la banda
En la figura 4.9 se muestran los contactores que corresponden a dichas bobinas, estas su
función principal es alimentar a al temporizador que se encargara de activar el actuador
solenoide que descartara las piezas.
Al detectar la presencia de cualquiera de las piezas en la banda el contador se reiniciara
dado que la alimentación de las bobinas auxiliares será cortada, si al menos una de las
piezas no se encuentra dentro de la banda el temporizador no se reiniciara las dos veces
34
necesarias para permitir el paso de las piezas hacia la bandeja que se encuentra al final
de la banda.
Como se mencionó el temporizador necesita ser reiniciado dos veces para que el
actuador solenoide no se active cuando la pieza final pase por él. Esto se debe a lo que
se mencionó sobre la carencia de sensores, sí se tuviera un sensor más de presencia
junto al actuador solenoide no sería necesario este temporizador.
Figura 4.9 Temporizador encargado de activar el actuador de descarte
En la línea final de programación que se muestra en la figura 4.9 corresponde a la
activación de la última salida asignada del PLC que es la que se encarga de activar al
actuador solenoide de descarta las piezas incorrectas.
Como se puede observar en la figura 4.10 se cuenta con el contactor correspondiente al
temporizador de la figura 4.9 que es el encargado de determinar la activación de dicho
actuador solenoide. Además de un contactor correspondiente a la salida S.P.C. de las
piezas correctas, al ser activado este contactor no permite el paso de la señal de
activación del actuador de descarte, esto es para asegurar que ninguna pieza correcta
sea accidentalmente descartada.
Figura 4.10 Línea final del código del PLC
El programa anteriormente descrito es el que corresponde y que cumple todas las
sentencias del diagrama de bloques de la figura 4.1, como se mencionó si en el futuro se
requiere modificar el programa para agregar o quitar instrucciones se tiene la libertad de
hacerlo.
Este programa corresponde al software del PLC Allen-Bradley de la familia MicroLogix
1000. Este programa como se puede observar el programa fue realizado en forma de
diagrama de escalera, si en el futuro se pretende realizar el control con algún otro PLC de
35
otra marca o modelo pero que trabaje con la misma metodología de diagramas de
escaleras se puede pasar este mismo programa a dicho PLC, solo se tiene que cambiar el
nombre de asignación de las entradas y salidas según las que maneje la marca y modelo
utilizado.
4.3 Programación de la interfaz de monitoreo
4.3.1 Introducción
A continuación se describe la programación de la interfaz gráfica en el programa llamado
LabView. Se comienza creando un nuevo archivo “Blank VI”, como se muestra en la figura
4.11, en el cual se lleva a cabo la programación, este archivo que se va a crear es el
archivo base para cualquier programación en LabView, ya se para monitoreo o control de
algún proceso o circuito [10].
Figura 4.11 Pantalla de inicio de LabView
Al crear el archivo aparecerán dos ventanas emergentes, la primera mostrada en la figura
4.12, es en donde se van a colocar todos los elemento y conexiones de la interface [10],
36
en esta pantalla se colocan los elementos como compuertas, entradas de botones
pulsadores, entradas de la tarjeta de adquisición de datos entre otros.
Figura 4.12 Pantalla de diagrama de bloques
La otra pantalla emergente mostrada en la figura 4.13, es la pantalla frontal, donde se
visualizan todos los elementos de salida y entrada que se asignaron en el pantalla de
conexiones [10], aquí nos muestra de forma gráfica los elementos que pueden ser luces
piloto, botones, osciloscopios, tanques, medidores de temperatura entre otros.
Figura 4.13 Pantalla de panel frontal
37
4.3.2 Programación Visual
Para empezar a programar dicha interfaz se puede comenzar en cualquiera de las dos
pantallas, para este caso en particular se comienza en la pantalla del panel frontal, esto
es porque es más conveniente acomodar los elementos de la interface primero que hacer
las conexiones, ya que en ocasiones los elementos de la interface aparecen de forma
aleatoria cuando son colocados después de los elementos de conexión.
Para comenzar el programa se selecciona un fondo donde va a contener a todos los
elementos de la interface, este se encuentra en la pestaña a “decoration” y el símbolo es
“Horizontal Smooth Box”, como se muestra en la figura 4.14, este símbolo nos da un
cuadrado del cual se modifican sus dimensiones a un tamaño deseado, este paso se hace
dos veces, la primera es para contener todos los elementos de la interface y la segunda
solo para poner el título.
Figura 4.14 Horizontal Smooth Box
Para colocar el título de la interface se hace lo mismo de ir al menú de “Decorations” y
seleccionar el icono de “Label”, como se muestra en la figura 4.15, este icono nos ayuda a
poner comentarios en elementos que no tengan uno propio o como en este caso poner
una referencia o título de algún programa o interface.
38
Figura 4.15 Label
Con esto, el programa quedara de forma mostrada en la figura 4.16, esto fue solo para
colocar la base de donde posteriormente se colocan los elementos de monitoreo, la
designación de una base para la interface es necesario para que no se vea burda o muy
simple. Sí no es designado un fondo los elementos quedaría esparcidos por toda la
pantalla y se vería poco estético.
Figura 4.16 Base de la interfaz grafica
39
Posteriormente se seleccionan los elementos de monitoreo del sistema, para este caso en
particular serán una serie de luces piloto que se encuentran en la sección de “Boolean”,
como se muestra en la figura 4.17. Las luces que se seleccionan son de tipo cuadradas y
circulares.
Figura 4.17 Indicadores y botones
Ya seleccionadas y acomodadas las luces necesarias para la interface, se prosigue a
cambiar sus características, como son tamaño, color de encendido, color de apagado y su
etiqueta. Estos parámetros son importantes de editar para que la interface tenga un estilo
único.
Ya colocadas las luces en sus respectivo orden se continua a colocar unas figuras que
representen a la banda y la cadena transportadora, dichas imágenes son para estilizar la
interface y darle un aspecto natural a la misma.
Las figuras que representan a la banda y la cadena transportadora fueron diseñadas
posteriormente en el programa llamado “photoshop”, para estas figuras no se describe el
proceso de creación de las mismas ya que el objetivo de este trabajo es solo la
programación de la interface gráfica y no de la creación de imágenes por computadora.
Las imágenes son vectorizadas para que se acoplen a cualquier fondo, además de ser
estáticas, ya que LabView no puede reproducir animaciones de tipo SWF, formato
manejado por animaciones creadas con el programa “flash”.
40
La interfaz ya con todos los elementos se muestra en la figura 4.18, en ella se pueden ver
las luces piloto con su respectivo color, localización y etiqueta de cada una de ellas. Cada
luz piloto está vinculada a una entrada digital de la tarjeta de adquisición de datos, de la
cual a su vez está conectada a las salidas del PLC
Figura 4.18 Interfaz final
4.3.1 Programación de conexiones
Ahora que la parte grafica de la interface esta completada, se prosigue a hacer las
respectivas conexiones de los elementos con las entradas de la tarjeta, esta conexión es
rápida ya que el sistema de control es mediante PLC, si el control se hubiera realizado
mediante este programa y con la tarjeta este paso hubiera sido más complicado ya que se
tendría que considerar una lógica diferente de programación, LabView no cuenta hasta el
momento con algún “ToolKit” de programación de escalera, así que la programación
tendría que ser forzosamente a través de lógica de compuertas o por algoritmos de
control, como son un PID, un controlador de cero oscilaciones o con control difuso [7].
41
Con los elementos que se colocaron en la pantalla de panel frontal, los elementos se
acomodaron como se muestra en la figura 4.19. Cada cuadrado verde de esta pantalla
corresponde a una luz piloto del sistema, el color con el que aparecen aquí no
corresponde al color designado anteriormente, el verde de los recuadros solo es el color
por defecto del símbolo que los representa en la pantalla de programación de bloques.
Figura 4.19 Interfaz en el diagrama de bloques
En la figura 4.19 se ve como el bloque correspondiente al estado de “Paro” del sistema
está conectado a un elemento de negación, esto es porque cuando el sistema no está
energizado la salida a la cual corresponde la entrada de la tarjeta no manda ninguna
señal, así que este elemento de negación ayuda que cuando el sistema este sin energía
el elemento de paro reciba una señal de encendido para que la luz piloto encienda. A su
vez, si el sistema esta con energía el elemento de negación manda una señal de apagado
para que la luz piloto se apague.
Este elemento de negación se encuentra en la pestaña de “Boolean” como se muestra en
la figura 4.20, en esta pestaña también se encuentran los elementos de la lógica de
compuertas anteriormente mencionados, así como también los ciertos elementos que nos
ayudan a convertir señales booleanas a señales físicas o viceversa, dependiendo de las
necesidades que se tengan.
Para este caso no es necesario la conversión de las señales ya que para todas las luces
entra una señal física, si fuera el caso donde se necesita la salida de un arreglo de
compuertas lógicas hacia una salida digital, entonces sí sería necesario hacer uso de
estos convertidores de señales.
42
Figura 4.20 Contenido del menú Boolean
A continuación se colocan los elementos encargados de adquirir las señales del PLC
hacia la computadora a través de la tarjeta, estos elementos se encuentran en el menú de
“Measurement I/O”, en la subcarpeta de “NI-DAQmx”, el icono se llama “DAQ Assist”
como se muestra en la figura 4.21. Este icono es el que se encarga de mandar las
señales adquiridas por la tarjeta hacia los circuitos diseñados, en este caso hacia las
luces piloto del sistema.
Figura 4.21 Menú de Mesurement I/O
43
Al colocar el icono de adquisición de señales aparece una ventana emergente como la
que se muestra en la figura 4.22, en esta ventana se selecciona el modo en la que va a
ser usada la tarjeta, que puede ser para generar señales o para adquirir señales, para
esta caso se ocupa la opción de adquirir señales.
Figura 4.22 Pantalla de selección de modo de la tarjeta
Se selecciona la opción de adquisición de señales, después en la pestaña de entradas
digitales se elige la opción “line input” como se muestra en la figura 4.23, en esta opción lo
que se está haciendo es designar un de las hendiduras de la tarjeta de adquisición de
datos para su lectura.
Este paso se hace para cada una de las entradas de la tarjeta, que son 9, entre estas
están las conexiones que se tienen que hacer con las salidas del PLC así como también
con las salidas de los dos sensores de la cadena de ensamblaje que se dedican a
detectar a la pieza de plástica y la pieza de metal en ella.
Las entradas digitales de la tarjeta de adquisición de datos solo es capaz de adquirir un
voltaje máximo de 5 volts, que las salidas del PLC y las señales de los sensores deben de
estar normalizados a este voltaje para evitar daño a las entradas de las tarjeta, de lo
contrario existe una gran posibilidad de no solo dañar las entradas de la tarjeta si no dejar
inservible la misma tarjeta.
44
Figura 4.23 Pantalla de designación de entradas
Al seleccionar la opción de “Linear Input” en la pantalla emergente aparecerá una
segunda pantalla como la que se muestra en la figura 4.24, en la cual sale el listado y el
nombre de todas las entradas digitales disponibles de la tarjeta de adquisición de datos.
Las entradas están designadas con una letra y un número, como por ejemplo la entrada
“port0/line1”, esta letra designa el tipo de entrada y el puerto a la que corresponde en la
tarjeta. Como se puede ver en la figura 4.24 la tarjeta cuenta con un conveniente número
de entradas digitales con lo cual se puede hacer el monitoreo del sistema de una forma
más cómoda.
Figura 4.24 Listado de entradas digitales del sistema
45
La distribución de entradas hacia la tarjeta de adquisición de datos queda como se
muestra en la tabla 4.2.
Tipo Dato Descripción
Entrada
P0/L1 Botón de Arranque, Paro, Cadena y Banda Transportadora
P0/L2 Pieza Incorrecta
P0/L3 Plástico C.
P0/L4 Metal C.
P0/L5 Plástico
P0/L6 Metal
P0/L6 Pieza Correcta
Tabla 4.2 Distribución de entradas del módulo de adquisición de datos
Después de seleccionada la entrada que se ocupa, aparece una pantalla como la
mostrada en la figura 4.25, donde se tienen que acomodar los parámetros de cómo es
que va a leer la señal la tarjeta las señales de entrada, este paso es de los más
importantes ya que aquí se definen los límites de voltaje con los que va a hacer la lectura
la tarjeta.
Si los límites son mal configurados la tarjeta puede llegar a dañarse gravemente. Los
parámetros de la lectura de las entradas deben der puestos desde 0 hasta 5 volts para
que cualquier valor entre estos números sea tomado como una señal de encendido para
las luces piloto.
Figura 4.25 Pantalla de configuración de las entradas
46
Ya con todas las entradas configuradas se tiene el sistema de la forma que se muestra en
la figura 4.26, en esta figura se pueden observar ya todas las entradas conectadas hacia
la luz piloto que corresponden a cada una de las entradas y salidas del PLC que se desea
monitorear.
Figura 4.26 Entradas conectadas al sistema
Las salidas de los elementos de adquisición de datos en el diagrama de bloques se tienen
que conectar con un elemento llamado “OR Array Elements”, esto es porque la tarjeta nos
manda el dato en un tipo de señal llamada “Boolean 1D Array” y los elementos de
monitoreo solo aceptan de tipo “Boolean”, el elemento al que se conecta hace esta
conversión de la señal para que el elemento indicador pueda funcionar
Con esta configuración que se hace es sumamente conveniente, porque esta interfaz no
es exclusivamente para el PLC si no que en las entradas se pueden conectar otras
salidas y/o entradas de diferentes dispositivos de control, lo que da la interface una gran
flexibilidad de monitoreo.
También cabe la posibilidad de crear un sistema de control aprovechando los elementos
de la interfaz y así tener el sistema de monitoreo y control en un mismo dispositivo, que
en este caso es la tarjeta de adquisición de datos, sí se opta por la opción de hacer el
control a través de la tarjeta, es recomendable utilizar un modelo que cuente con un
mayor número de entradas y salidas para evitar futuros problemas de calentamiento en
esta tarjeta.
47
Capítulo V:
Conclusiones, Recomendaciones y
Propuesta Económica
48
5.1 Propuesta Económica
La propuesta económica solo comprende la inversión los dos únicos sensores faltantes que son el inductivo y el capacitivo, que son los modelos propuestos anteriormente pero se pueden intercambiar con sensores que ya se tengan en la escuela y que cumplan con los requisitos establecidos. Los motores que se propusieron solo son para un futuro mantenimiento correctivo dado que los motores actuales si sirven, pero dada su antigüedad pueden llegar a fallar. Del mismo modo que con los sensores dichos motores pueden ser sustituidos por unos que se encuentren en la escuela y cumplan con el cometido anteriormente descrito.
Para los materiales si tiene una cotización mostrada en la tabla 5.1 [11].
Cotización
Equipo Cantidad Precio Unitario
(Pesos) Precio Total
(Pesos)
Motores de CD 2 400 800
Sensor Inductivo 1 1200 1200
Sensor Capacitivo 1 1100 1100
Total 3100
Tabla 5.1 Cotización de equipos.
Los precios mostrados corresponden a los costos reales directo con el fabricante de los sensores que en este caso es la compañía SICK [12]. Respecto al motor de CD el precio corresponde la tienda distribuidora llamada RoboDacta [13].
Al no existir una producción de un material físico no existe como tal una ganancia o una recuperación del capital invertido en dicho proyecto, pero si existe una ganancia intelectual hacia los alumnos y los profesores que lo usen para desarrollar proyectos y prácticas de control con los diferentes dispositivos que se encargan de hacer esta tarea.
Lo que corresponde a la parte de costos de mano de obra, igualmente que con las ganancias, no existe, dado que este proyecto tiene un enfoque altruista hacia la institución.
49
5.2 Conclusiones
Dicha rehabilitación propuesta en esta tesis no pudo ser implementada, dado que no se cuenta con los recursos financieros para este proyecto. Así que el proyecta toma el rol de una propuesta de rehabilitación.
Se ha dejado los criterios de selección para los dispositivos para que el módulo quede con los mismos componentes con los cuales contaba desde su creación, hace más de 20 años, la selección se hizo en base a la información del manual del módulo que se encuentra en la biblioteca de ICA. Todos los dispositivos aquí mencionados se dejan como referencia para su futura adquisición. Éstos son los sensores de tipo inductivo y capacitivo, así como los motores de CD.
Se ha dejado una propuesta para sustituir el antiguo control del módulo didáctico, este corresponde a un PLC marca Allen-Bradley de la familia MicroLogix 1000, que es el que se encuentra en mayor abundancia en la institución. En esta decisión se vio influenciada por dos factores principales: que el PLC en la actualidad es el dispositivo de control más utilizado en la industria y que el Tópico Selecto de Ingeniería tiene el enfoque hacia estos dispositivos.
Además de que se ha dejado un trabajo que puede servir de introducción para la futura implementación de la nueva tecnología recién llegada a la institución que son las tarjetas de adquisición de datos de la compañía National Instruments, el diseñar la interfaz gráfica del sistema con dichas tarjetas se centra en un método de desarrollo y estudio autodidacta ya que como se menciona, como se mencionó al ser nuevas éstas, los profesores no tienen mucho conocimiento de su funcionamiento y programación.
Se deja una propuesta de actualización de los dispositivos, máquinas y equipos en el instituto utilizando nuevos tecnologías y reutilizando componentes para hacer el reequipamiento de los laboratorios de ICA y poder tener más herramientas para adquirir y aplicar los conocimientos de los alumnos.
5.3 Recomendaciones
Para la implementación de este proyecto es necesario pedir apoyo financiero a la institución, este trámite consta de una serie de pasos que llevan mucho tiempo en ser aceptados, es por eso que no se pudo llevar la implementación en el tiempo establecido. Se recomienda al pedir el apoyo a la institución mencionar las justificaciones antes mencionadas para que tomen en cuenta el proyecto y el trámite se haga lo más rápido posible.
Si este trabajo es leído por fututas autoridades de la institución, se recomienda fomentar en los estudiantes una conciencia de respeto y cuidado hacia este equipo, dado que en muchos casos el causante de los desperfectos de los dispositivos, máquinas y equipos es el mismo alumno.
50
Si este dispositivo es correctamente rehabilitado la principal recomendación es que tenga un uso constante, dado que si se deja en el total abandono, la inversión financiera y de tiempo para llevarse a cabo quedaría dicha implementación quedaría sin sentido. Su principal consecuencia seria el desgaste de los equipos por oxido o algún otro factor.
51
Bibliografía.
[1] Cinta Transportadora, Enciclopedia en línea [http://es.wikipedia.org/wiki/Cinta_transportadora]
[2] Introducción a los PLC, Foro en línea sobre automatización [http://www.rocatek.com/forum_plc1.php]
[3] MARX Karl: Capital y tecnología Manuscritos inéditos de 1861-63, México, Terra Nova, 1980
[4] GILBERTO ENRÍQUEZ Harpe. Fundamentos de control de motores eléctricos en la industria. D.F. México. Año 2004. 252 páginas Editorial Limusa
[5] RAMÓN PALLÁS Areny. Sensores y acondicionadores de señal. Barcelona, España. Año 2004. 408 páginas. Editorial Marcombo
[6] MARTÍN Juan Carlos, GARCÍA Ma Pilar, Automatismos Industriales, D.F. México, Año 2009, 360 páginas, Editorial Editex.
[7] DOMINGO PEÑA Joan, Introducción a los autómatas programables, D.F. México, Año 2003, 300 páginas, Editorial UOC
[8] BISHOP Robert H., Learning with LabVIEW 2009, E.U.A., Año 2009, 716 páginas, Editorial Prentice Hall
[9] TUBBS Stephen Philip, Programmable Logic Controller (PLC) Tutorial: Circuits and Programs for Rockwell Allen-bradley Micrologix and Slc 500 Programmable Controllers, E.U.A., Año 2005, 105 páginas, Editorial Stephen Philip Tubbs.
[10] Introducción e Información de LabVIEW 2010, Sitio oficial del desarrollador
[http://www.ni.com/labview/whatis/esa/
[11] MEJÍA GUTIÉRREZ Tyronne Alonso - Facultad de Ingeniería Electrónica, Estructura Presupuestal de un Proyecto Económico, Bogotá Colombia, Editorial Universidad Santo Tomas
[12] Distribuidores oficiales en México de los productos SICK, Sitio oficial de la empresa SICK [http://www.sick.com/us/en-us/home/about_sick/contact/distributor_locator/Pages/distributor_finder_mexico.aspx]
[13] Tienda de productos electrónicos para el desarrollo robots y proyectos de electrónica, sitio oficial de la tienda RoboDacta [http://www.robodacta.com.mx/]
52
Anexo A: PLC MicroLogix 1000
53
54
55
56
Anexo B: Hoja de datos del sensor capacitivo
57
58
Anexo C: Hoja de datos del sensor inductivo
59
60
Anexo D: NI-USB 6008
61
62
63
