Máster en Ingª Mecatrónica Tercer Semestre. Mecatrónica Industrial

Transcripción

1 Máster en Ingª Mecatrónica Tercer Semestre Mecatrónica Industrial Fabricación de Sistemas Mecatrónicos Montaje y Verificación del Prototipo (Parte de Automatización) Ignacio Alvarez García

2 3er Semestre Contenidos de Automatización Contenidos: F.S.M. Plataformas hardware para la programación de sistemas automáticos Programación con Sistema Operativo (SO) Programación de interfaz gráfico Comunicaciones M.y.V.P. Implantación en armarios de control Elementos auxiliares de automatización y seguridad Etiquetado, documentación y normativa

3 Mecatrónica Industrial Sistemas mecatrónicos para fabricación: En general, son sistemas de tamaño medio/grande, que interactúan en un entorno industrial con otras máquinas y seres humanos. Desarrollan trabajos especializados en un entorno productivo, lo que requiere optimizar múltiples parámetros: Velocidad de ciclo. Usabilidad (% de tiempo en funcionamiento). Mantenimiento. Seguridad.

4 Fabricación de botes Sistemas mecatrónicos de fabricación Ejemplos Aplicación masilla en vidrio Taponadora de frascos Etiquetadora

5 Sistemas mecatrónicos de fabricación Diversas fases en el desarrollo de producto, con múltiples tecnologías a considerar: Análisis y Diseño : requerimientos, análisis de posibilidades de movimiento, diagramas funcionales, diseños de conjunto y de detalle. Fabricación: selección de componentes, realización de piezas, electrónica, programación. Montaje: integración del conjunto, adición de elementos de seguridad y operación manual. Verificación: comprobación de las partes y el conjunto, a nivel funcional y de seguridad. Uso industrial: mantenimiento, mejoras, reparaciones,

6 Sistemas mecatrónicos de fabricación Múltiples actores intervinientes: Cliente final: destinatario del producto. Ingeniería. Dirección de compras. Planta (ingenieros, operarios de producción y mantenimiento). Desarrollador: fabricante del sistema mecatrónico. Dirección de ventas. Ingeniería. Dirección de compras. Programación informática. Taller(es) de fabricación y montaje. Terceros: Talleres de fabricación de piezas. Talleres de electrónica. Suministradores de componentes.

7 Sistemas mecatrónicos de fabricación Diversas fases en el desarrollo de producto, con múltiples actores intervinientes: Análisis y Diseño : estudio de ingeniería + ingenieros de planta del usuario final. Fabricación: estudio de ingeniería + talleres mecánicos + talleres desarrollo PCB + programadores. Montaje y verificación: taller de montaje. Instalación: taller de montaje, transporte, instaladores de planta. Uso industrial: ingenieros de planta usuario final + operarios de máquina + operarios de mantenimiento.

8 Sistemas mecatrónicos de fabricación CLIENTE Desarrollador Terceros Ingeniería Planta Ingeniería Informática Taller Talleres especialistas (1) Necesidad (2) Especificaciones (2) Análisis (3) Diseño (4) Análisis fabricabilidad (4) Desarrollo de programas (4) Fabricación componentes (5) Montaje (5) Montaje (4) Fabricación componentes (6) Verificación (6) Verificación (6) Verificación (7) Instalación (7) Instalación (7) Instalación (7) Instalación (7) Instalación (8) Uso habitual. Mantenimiento. Reparaciones básicas (8) Reparaciones avanzadas (9) Mejoras (9) Mejoras (9) Mejoras (9) Mejoras (9) Mejoras (8) Reparaciones básicas y/o avanzadas

9 Sistemas mecatrónicos de fabricación Múltiples actores y múltiples tecnologías requieren: Generación de documentación : Normalizada: entendible por todos. Adecuada a la fase y el destinatario. Múltiples vistas de la misma información. Múltiples niveles (general detalle). Apta para validación de cada etapa. Adecuación a las normativas : Marcado CE. Normativa de seguridad. Normativa específica del cliente.

10 Sistemas mecatrónicos para fabricación: El sistema de control debe atender a múltiples tareas simultáneamente: Adquisición y procesamiento de señales Ejecución de lazos de control Automatización secuencial Interfaz de operador Comunicaciones con otros dispositivos Almacenamiento en bases de datos Otras (alarmas, supervisión de estado, ) El sistema debe disponer de seguridad, robustez, mantenibilidad, Modo manual/automático Elementos de seguridad (finales de carrera, setas de emergencia, ) Fácil acceso para mantenimiento (armario eléctrico bien organizado) Documentación y etiquetado Mecatrónica Industrial (Automatización)

11 Fabricación de Sistemas Mecatrónicos (Automatización) Sistemas mecatrónicos para fabricación: A tener en cuenta en la fase de Fabricación (parte de automatización): 1) Equipo de control a utilizar: controlador, DSP, PLC, PC,... 2) Dónde poner la inteligencia? (centralizada / distribuida / por niveles). 3) Comunicaciones necesarias. 4) Interfaz con el operador. 5) Realización del programa (multitarea, tiempo real). 6) Almacenamiento de estados (bases de datos)

12 1) Selección de equipo de control Microcontrolador Procesador Digital de Señal (DSP) Dispositivos Electrónicos Programables (FPGA, PLD) Computador embebido Ordenador Industrial Autómata Programable (PLC)

13 1) Selección de equipo de control Comparativa Equipo Aplicación Programación Ventajas Inconvenientes Microcontrolador Dispositivos embebidos para procesos lentos C Ensamblador Bajo coste unitario E/S integrada (señal) Poca capacidad de procesamiento DSP Dispositivos embebidos para procesos rápidos C Bajo coste unitario Procesamiento señal rápido Electrónica para integración PLD /FPGA Dispositivos embebidos con lógica sencilla Lenguaje propio Visual por bloques Muy bajo coste de fabricación Reprogramación Poca capacidad de procesamiento Computador embebido Dispositivos de complejidad media C / C++ / Java / ADA / Gran versatilidad Velocidad y capacidad Almacenamiento Necesidad de S.O. Coste E/S no integrada Computador industrial Dispositivos de complejidad alta C / C++ / Java / ADA / Gran versatilidad Velocidad y capacidad Almacenamiento Necesidad de S.O. Coste elevado Autómata programable (PLC) Automatización básica Lenguaje propio, contactos, grafcet, E/S integrada Modularidad Poca capacidad de procesamiento

14 2) Dónde poner la inteligencia? Centralizada Un sólo computador hace todas las tareas Distribuida Varios computadores haciendo tareas parciales Un computador coordinando las actividades Varios posibles niveles de coordinación Descentralización de tareas Uno/varios computadores haciendo las tareas principales Delegación de tareas específicas en dispositivos inteligentes

15 2) Dónde poner la inteligencia? Centralizada Bases de datos Interfaz operador Comunicaciones Computador Tarea1 Tarea2 A S1 s Tarea3 Tarea4 A S2 s Tarea5 Tarea6 A S3 s

16 2) Dónde poner la inteligencia? Distribuida Bases de datos Interfaz gestión Comunicaciones Nivel 3 Computador de gestión Nivel 2 Estaciones de ingeniería Estaciones de supervisión Nivel 1 Equipo de control Equipo de control Equipo de control Equipo de control

17 2) Dónde poner la inteligencia? Descentralización de tareas Bases de datos Comunicaciones Interfaz operador Computador Ordenes Estado Servoposicionador S1 s Ordenes Estado Informaciones Procesador imagen Vídeo

18 2) Dónde poner la inteligencia? Ejemplo: N máquinas 3D cooperando en una tarea Control centralizado Un PC/microcontrolador/PLC se encarga de: leer posición de ejes, ejecutar lazos de control, comunicarse con el operador, para todas las máquinas. Control distribuido Un PLC para cada máquina 3D, con interfaz de operador local. Un PC coordinando las actividades de los PLCs, almacenando información en bb.dd., mostrando un interfaz general. Descentralización de tareas Lazos de control en dispositivos de servoposicionamiento Interfaz de usuario inteligente en PLD ó microcontrolador Detección de intrusos mediante smart-cameras

19 Punto a punto 3) Comunicaciones Serie (RS-232, RS-422) USB Multi-punto de 1 solo nivel Bus a nivel de circuito (I2C, SPI, ) Buses de campo (RS-485, CAN, Modbus, ) En red Ethernet Profibus Modbus TCP En auge: Tecnologías inalámbricas en todos los niveles: Bluetooth Wifi

20 Nivel básico: 4) Interfaz con el operador Botoneras LED Displays Teclados Joystick Nivel supervisión: Sistemas SCADA (Win CC, ) Programación propia

21 5) Realización del programa 5.1) Microcontroladores y DSP: Programación en C ó ensamblador Gestión de tareas por interrupción Sin Sistema Operativo 5.2) Autómatas programables: Programación en lenguaje máquina o visual (contactos, Grafcet) Bucle de ejecución 5.3) Computadores embebidos e industriales: Programación en C, C++, Java, ADA, Gestión de tareas mediante S.O. de Tiempo Real Interfaz gráfico de usuario

22 Montaje del Prototipo: Automatización Criterios de montaje y mantenibilidad: Separación de los diferentes elementos Modos de funcionamiento (auto/manual) Elementos de seguridad (automatización hardware ) Etiquetado de componentes Documentación normalizada

23 Montaje del Prototipo: Automatización Armario eléctrico Alimentación Protecciones Sistema de control Sistema de potencia Elementos de seguridad y automatización hardware

24 Montaje del Prototipo: Automatización Es necesario un sistema de seguridad entre el sistema de control y el sistema a controlar: Interfaz operador Comunicaciones Fuentes Energía Sistema de Control Programa Sal Ent Sistema a controlar Sal Accionadores Datos Sensores Ent

25 Mando manual Montaje del Prototipo: Automatización Es necesario un sistema de seguridad entre el sistema de control y el sistema a controlar: Interfaz operador Comunicaciones Fuentes Energía Sistema de Control Programa Sal Ent Sistema a controlar Sal Accionadores Datos Sist.Seguridad Sensores Ent

26 Montaje del Prototipo: Automatización Ejemplo: desplazamiento lineal Fuente alim. Sistema de Control Programa Sal Ent Sensor posición Amplificador Sal Datos Ent

27 Montaje del Prototipo: Automatización Ejemplo: desplazamiento lineal Fuente alim. Pulsador emergencia Auto Man Mando manual Final de carrera Sistema de Control Programa Sal Ent Sensor posición Amplificador Selector Sal Datos Ent

28 Montaje del Prototipo: Automatización Criterios de montaje y mantenibilidad: El sistema montado debe ser accesible por cualquier técnico con conocimientos para reparación, modificación o mejoras. Se deben tener en cuenta: Diagrama de conexiones estandarizado Armarios de conexionado Etiquetado de cables Utilización y etiquetado de borneras de conexión Modos manual y automático Desconexión de toda o partes de la máquina