MÉTODOS DE PROGRAMACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS.

PROGRAMACIÓN:

Cuando hay que programar una rutina predeterminada para una secuencia de movimientos de varios brazos Robóticos que configuran un proceso determinado se utilizan programas específicos para ello.

Todo depende de que secuencia queremos que siga y el elemento de control de toda la secuencia de movimientos que puede estar programada en un autómata Programable de última generación.Este dispositivo permite cargar de forma rápida las rutinas en salladas en el laboratorio y luego descargarlas a una cadena de montaje automatizada, por ejemplo en automoción.

Un programa usado para determinadas rutinas es RoboCell es un paquete de software que integra básicamente 3 elementos:  SCORBASE para el SCORBOTER4u es un paquete de software de control de robótica, que proporciona una herramienta, de sencillo uso, para la programación y operación con robots. Un modulo  de display  Gráfico que permite la simulación 3D del robot y otros elementos de la célula de trabajo virtual. Configuración de Célula, permite crear y modificar células robóticas nuevas o ya creadas.

En la programación existen dos tipos de programa de lazo abierto y de lazo cerrado.

SIMATIC S7-1500: probablemente el controlador más rápido del mundo.

Alcanzará la mayor productividad y calidad del producto en su proceso de producción utilizando SIMATIC S7-1500 con su bus de fondo rápido, rendimiento PROFINET, tiempos de reacción más cortos y un tiempo de procesamiento de comandos de hasta 1 ns en la CPU. Por lo tanto, la interfaz PROFINET con comportamiento de tiempo determinista proporciona reproducibilidad y precisión en el marco de tiempo μs. 

Para el control de la automatización de los procesos se utiliza un determinado programa este se introduce mediante el ordenador al PLC el cual pone en marcha la secuencia de movimientos predeterminados para la realización de un proceso de montaje de una determinada secuencia.Los PLC modernos de última generación facilitan esta tarea de forma rápida siendo las transiciones de cambios de procesos instantaneas al permitir la descarga del programa de la secuencia mediante un puerto USB lo cual agiliza las tares de mantenimiento.

Una vez se tiene claro que proceso queremos tener en una cadena de producción, realizamos el programa y lo verificamos con ayuda de los entrenadores donde se corrigen los posibles errores de tolerancia y se ajustan los equipos para que comience a funcionar según lo programado en el PLC que es donde introducimos los datos para realizar el proceso de trabajo que diseñamos al comienzo del plan de trabajo para el que está  instalado un equipo de brazos Robóticos.

Fuente: http://www intelitekdownloads com/Software/Robotics/ER 4u/

https://www.controlinteligente.com.mx/hmi.php

https://new.siemens.com/global/en/products/automation/systems/industrial/plc/simatic-s7-1500.html

PARTES QUE CONFIGURAN UN ROBOT INDUSTRIAL.

Robot industrial Es un: dispositivo electro-mecánico programable diseñado para realizar rutinas o trabajos industriales específicos.Mediante los servomotores instalados en sus articulaciones es capaz de moverse en los diferentes ángulos de movimiento y de intercambiar herramientas de forma automática para realizar diferentes configuraciones.Son los llamados robots multifunciona,con varios grados de libertad, capaz de manipular materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales según trayectorias variables programadas para realizar tareas diversas, el robot tiene varios grados de libertad.

 Manipulador:n Mecanismo formado generalmente por elementos en serie, articulados entre sí, destinado al agarre y desplazamiento de objetos. Es multifuncional y puede ser gobernado directamete por un operador humano o mediante dispositivo lógico.

Robot: Manipulador automático servo-controlado, reprogramable, polivalente, capaz de posicionar y orientar piezas, útiles o dispositivos especiales, siguiendo trayectoria variables reprogramables, para la ejecución de tareas variadas. Normalmente tiene la forma de uno o varios brazos terminados en una muñeca. Su unidad de control incluye un dispositivo de memoria y ocasionalmente de percepción del entorno. Normalmente su uso es el de realizar una tarea de manera cíclica, pudiéndose adaptar a otra sin cambios permanentes en su material.Un robot industrial de manipulación se entiende una maquina de manipulación automática, reprogramable y multifuncional con tres o más ejes que pueden posicionar y orientar materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales para la ejecución de trabajos diversos en las diferentes etapas de la producción industrial, ya sea en una posición fija o en movimiento.En esta definición se debe entender que la reprogramabilidad y la multifunción se consiguen sin modificaciones físicas del robot.Común en todas las definiciones anteriores es la aceptación del robot industrial como un brazo mecánico con capacidad de manipulación y que incorpora un control más o menos complejo. Un sistema robotizado, en cambio, es un concepto más amplio. Engloba todos aquellos dispositivos que realizan tareas de forma automática en sustitución de un ser humano y que pueden incorporar o no a uno ovarios robots, siendo esto ultimo lo mas frecuente.

Transmisión de movimiento con engranajes.

Tipo de actuadores:

Los elementos motrices que generan el movimiento de las articulaciones pueden ser, según la energía que consuman, de tipo olehidráulico, neumático o eléctrico.

Los actuadores de tipo hidráulico se destinan a tareas que requieren una gran potencia y grandes capacidades de carga. Dado el tipo de energía que emplean, se construyen con mecánica de precisión y su coste es elevado. Los robots hidráulicos se diseñan formando un conjunto compacto la central hidráulica, la cabina electrónica de control y el brazo del manipulador.La energía neumática dota a sus actuadores de una gran velocidad de respuesta junto a un bajo coste, pero su empleo está siendo sustituido por elementos eléctricos.Los motores eléctricos, que cubren la gama de media y baja potencia, acaparan el campo de la Robótica.
 por su gran precisión en el control de su movimiento y las ventajas inherentes a la energía eléctrica que consumen.La inclusión del controlador de tipo microelectrónica en los robots industriales, permite la programación del robot de muy diversas formas.En general, los modernos sistemas de robots admiten la programación manual, mediante un modulo de programación.Las programaciones gestual y textual, controlan diversos aspectos del funcionamiento del manipulador:

- Control de la velocidad y la aceleración.

- Saltos de programa condicionales.

- Temporizaciones y pausas.

- Edición, modificación, depuración y ampliación de programas.

- Funciones de seguridad.

- Funciones de sincronización con otras maquinas.

- Uso de lenguajes específicos de Robótica.

Transmisiones

Dado que un robot mueve su extremo con aceleraciones elevadas, es de gran importancia reducir al máximo su momento de inercia. Del mismo modo, los pares estáticos que deben vencer los actuadores dependen directamente de la distancia de las masas al actuador. Por estos motivos se procura que los actuadores, por lo general pesados, estén lo mas cerca posible de la base del robot. Esta circunstancia obliga a utilizar sistemas de transmisión que trasladen el movimiento hasta las articulaciones, especialmente a las situadas en el extremo del robot. Asimismo, las transmisiones pueden ser utilizadas para convertir movimiento circular en lineal o viceversa, cuando sea necesario.Existen actualmente en el mercado robots industriales con acoplamiento directo entre accionamiento y articulación. Se trata, sin embargo, de casos particulares dentro de la generalidad que en los robots industriales actuales supone la existencia de sistemas de transmisión junto con reductores para el acoplamiento entre actuadores y articulaciones.Es de esperar que un buen sistema de transmisión cumpla con una serie de características básicas:

• debe tener un tamaño y peso reducido;
• se ha de evitar que presente juegos u holguras considerables;
• se deben buscar transmisiones con gran rendimiento.

Aunque no existe un sistema de transmisión especifico para los robots, sí existen algunos usados con mayor frecuencia, y que se mencionan en la tabla siguiente. La clasificación se ha realizado sobre la base del tipo de movimiento posible en la entrada y la salida: lineal o circular.En esta tabla también quedan reflejadas algunas ventajas e inconvenientes propios de algunos sistemas de transmisión. Entre ellas cabe destacar la holgura o juego. Es muy importante que el sistema de transmisión a utilizar no afecte al movimiento que transmite, ya sea por el rozamiento inherente a su funcionamiento o por las holguras que su desgaste pueda introducir. También hay que tener en cuenta que el sistema de transmisión sea capaz de soportar un funcionamiento continuo a un par elevado y, a ser posible, entre grandes distancias.

Las transmisiones más habituales son aquellas que cuentan con movimiento circular tanto a la entrada como a la salida. Incluidas en éstas se encuentran los engranajes, las correas dentadas y las cadenas.

Reductores:

En cuanto a los reductores, al contrario que con las transmisiones, sí existen determinados sistemas usados de manera preferente en los robots industriales. Esto se debe a que a los reductores utilizados en robótica se les exigen unas condiciones de funcionamiento muy restrictivas. La exigencia de estas características viene motivada por las altas prestaciones que se le piden al robot en cuanto a precisión y velocidad de posicionamiento. La siguiente tabla muestra valores típicos de los reductores para robótica actualmente empleados.Se buscan reductores de bajo peso, reducido tamaño, bajo rozamiento y que al mismo tiempo sean capaces de realizar una reducción elevada de velocidad en un único paso. Se tiende también a minimizar su momento de inercia, de negativa influencia en el funcionamiento del motor, especialmente crítico en el caso de motores de baja inercia.

Los reductores, por motivos de diseño, tienen una velocidad máxima admisible, que como regla general aumenta a medida que disminuye el tamaño del motor. También existe una limitación en cuanto al par de entrada nominal permisible (T₂) que depende del par de entrada (T₁) y de la relación de transmisión a través de la relación:

T₂ = h T₁ (w₁ / w₂)

Donde el rendimiento, h, puede llegar a ser cerca del 100%, y la relación de reducción de velocidades (w₁ = velocidad de entrada; w₂ = velocidad de salida) varía entre 50 y 300.

Puesto que los robots trabajan en ciclos cortos, que implican continuos arranques y paradas, es de gran importancia que le reductor sea capaz de soportar pares elevados puntuales. También se busca que el juego angular sea lo menor posible. Éste se define como el ángulo que gira al eje de salida cuando se cambia su sentido de giro sin que llegue a girar al eje de entrada. Por ultimo, es importante que los reductores para robótica posean una rigidez torsional, definida como el par que hay que aplicar sobre el eje de salida para que, manteniendo bloqueado el de entrada, aquél gire un ángulo unidad.

Fuente:
http://platea.pntic.mec.es/vgonzale/cyr_0204/ctrl_rob/robotica/sistema/transmisiones.htm
https://auladetecnologias.blogspot.com/2009/03/simulacion-de-mecanismos.html

SENSORES EMPLEADOS EN AUTOMÁTICA.

SENSORES EMPLEADOS EN AUTOMÁTICA:

Los sensores los podemos definir como dispositivos electrónicos que convierten una variable física a un correspondiente valor eléctrico, este valor eléctrico puede estar en términos de la corriente, voltaje ó resistencia. Los sensores a su vez pertenecen a los elementos de entrada de datos de un sistema de control automático.
Activadores Manuales
Sensores

Los activadores manuales son elementos que se emplean para iniciar las actividades de un proceso de producción, o para detenerlo. Los activadores manuales son botones que pueden poseer contactos normalmente abiertos (N/A) o normalmente cerrados (N/C) o inclusive uno de cada uno. Estos botones pueden ser pulsadores tipo (push buton) o con interruptor que una vez que fueron activados requieren de una llave especial para poder desactivarlos.Los activadores manuales son elementos de entrada que generan una señal de tipo discreto, esto es se encuentra pulsado (“1 lógico”) o se encuentra en reposo (“0 lógico”).Clasificación de los elementos de entrada queda como sigue:Los activadores manuales son elementos indispensables que no pueden omitirse de los procesos industriales automatizados, porque siempre hace falta la intervención humana en por ejemplo al accionar por medio de un botón los mecanismos al inicio de la jornada laboral, o detener el proceso cuando algún suceso inesperado ocurra, o simplemente para detener los procesos porque se termino la jornada laboral.Los siguientes elementos de entrada que describiremos son los denominados sensores, estos dispositivos se clasifican en dos categorías que son:

Clasificación de los sensores:

Discretos

Analógicos

Los sensores discretos simplemente nos indican si se encuentran detectando algún objeto ó no, esto es, generan un “1” lógico si detectan o un “0” lógico si no detectan, esta información es originada principalmente por presencia de voltaje o por ausencia de este, aunque en algunos casos la información nos la reportan por medio de un flujo de corriente eléctrica.Los sensores discretos pueden operar tanto con señales de voltajes de corriente directa (VCD) como con señales de voltajes de corriente alterna (VCA).
Los sensores analógicos pueden presentar como resultado un número infinito de valores, mismos que pueden representar las diferentes magnitudes que estén presentes de una variable física, por lo tanto en los sensores analógicos su trabajo se representa mediante rangos, por ejemplo, de 0V a 1.5V y dentro de este rango de posibles valores que puede adquirir la señal del sensor, esta comprendido el rango de medición que le es permitido al sensor de medir una variable física.  En los sensores analógicos la señal que entrega puede representarse mediante variaciones de una señal de voltaje o mediante variaciones de un valor resistivo.

SENSORES DISCRETOS

Sensores de presencia o final de carrera.- Estos sensores se basan  en el uso de interruptores que pueden abrir o cerrar contactos, dependiendo de la aplicación que se les asigne, por ejemplo, cuando se utilizan como detectores de presencia, se encargan de indicar en que momento es colocado un objeto sobre este, y por medio de la presión que ejerce se presiona su interruptor, lo que permite que se haga llegar una cierta magnitud de voltaje al sistema de control (que en este caso se sugiere que sea un PLC), y obviamente cuando el objeto no se encuentra el voltaje que se reporta será de una magnitud igual a cero.Cuando estos sensores tienen la tarea de detectar un final de carrera o límite de área, es porque se encuentran trabajando en conjunto con un actuador que produce un desplazamiento mecánico, y por lo tanto cuando esa parte mecánica haya llegado a su límite se debe detener su recorrido, para no dañar alguna parte del proceso automático. Cuando el actuador se encuentra en su límite de desplazamiento permitido, acciona los contactos de un interruptor que bien los puede abrir o cerrar, en las figuras 4.4 y 4.5 se muestran ejemplos de los sensores de presencia y final de carrera respectivamente.

Sensor Inductivo.Este tipo de sensor por su naturaleza de operación se dedica a detectar la presencia de metales.  El sensor inductivo internamente posee un circuito electrónico que genera un campo magnético, el cual esta calibrado para medir una cierta cantidad de corriente eléctrica sin la presencia de metal alguno en el campo magnético, pero cuando se le acerca un metal, el campo magnético se altera provocando que la corriente que lo genera cambie de valor, lo que a su vez el sensor responde al sistema de control indicándole la presencia del metal.     Una aplicación de este sensor es por ejemplo en las bandas transportadoras en donde van viajando una serie de materiales metálicos, como pueden ser latas y en los puntos donde se deben colocar estas latas, se instalan los sensores, y sin necesidad de un contacto físico el sensor reporta cuando una lata se encuentra en su cercanía.

Sensor Magnético.El sensor magnético se encarga de indicar cuando un campo magnético se encuentra presente cerca de el.  El sensor magnético posee un circuito interno que responde cuando un campo magnético incide sobre este, este sensor puede ser desde un simple reed switch hasta un circuito más complejo que reporte por medio de un voltaje la presencia o no del campo magnético.    La respuesta tiene que ser guiada hacia el sistema de control para su posterior procesamiento.    Una aplicación de este tipo de sensores puede encontrarse en aquellos actuadores que pueden desplazarse linealmente, y a estos colocarles imanes en sus extremos, para que cuando lleguen al sensor magnético sea detectado el campo del imán y el actuador se detenga y ya no prosiga con su movimiento.

Sensor Capacitivo.Este tipo de sensor tiene la misión de detectar aquellos materiales cuya constante dieléctrica sea mayor que la unidad (1).  El sensor capacitivo basa su operación en el campo eléctrico que puede ser almacenado en un capacitor, el cual dependiendo del material dieléctrico la carga almacenada será muy grande o pequeña, teniendo como base la constante dieléctrica del aire que es igual que 1, cualquier otro material que puede ser plástico, vidrio, agua, cartón, etc, tienen una constante dieléctrica mayor que 1.Pues bien para detectar un material que no sea el aire, el sensor capacitivo tiene que ser ajustado para que sepa que material debe detectar.  Un ejemplo para emplear este tipo de sensor es en una línea de producción en donde deben llenarse envases transparentes ya sean de vidrio o plástico, con algún líquido que inclusive puede ser transparente también.

Sensor Óptico.El sensor óptico genera una barrera a base de la emisión de un haz de luz infrarrojo, motivo por el cual este sensor se dedica a la detección de interferencias físicas o incluso a identificar colores y obtener distancias.   Este sensor se basa en el uso de un diodo emisor de luz infrarroja, que por naturaleza del ojo humano no la podemos percibir, el diodo emisor envía el haz de luz y por medio de la reflexión, este haz de luz se hace regresar para ser captado por medio de un fotodiodo o fototransistor que es el que entrega una señal como respuesta a si existe el haz de luz infrarroja o no esta presente.Se la misma manera puede identificar colores, ya que la reflexión sobre una superficie puede ser total o parcial ya que los materiales pueden absorber el haz de luz infrarrojo, dependiendo del olor que tenga su superficie.      Y para medir distancias se puede tomar el tiempo que tarda el haz de luz en regresar y por medio de una formula muy simple se puede calcular la distancia ya que v = d/t, en donde el tiempo lo podemos medir, y v es la velocidad a la que viaja la luz, por lo tanto se puede calcular la distancia d.  La aplicación de este tipo de sensores puede ser muy amplia, ya que se puede utilizar como una barrera para que detecte el momento en que un operario introduce sus manos en un área peligrosa y pueda sufrir un accidente, o para detectar cuando el haz de luz se corta que un material lo atravesó cuando viajaba por sobre una banda transportadora entre otras aplicaciones.

SENSORES ANALÓGICOS:

Sensor de temperatura.Este es de los sensores más comunes que se emplean dentro de un proceso industrial, ya que por ejemplo en la industria alimenticia ó metalúrgica ó inyección de plásticos, etc.        Se requiere de mantener los procesos ya sean de cocción ó fundición por ejemplo en sus niveles de temperatura adecuada, ahora bien, dependiendo del proceso que se esta controlando, de los niveles de temperatura que se tienen que medir, y de la resolución se cuenta con un sensor adecuado a las características que posee el proceso.En este caso para medir la temperatura se cuenta con una gama amplia de sensores que realizan esta tarea, por lo que procederemos a describir los sensores de temperatura más comunes:

RTD.Su nombre es el de Resistencias Detectoras de Temperatura (por sus siglas en ingles RTD), también llamadas resistencias metálicas, la característica principal de estos sensores es que poseen coeficiente positivo de temperatura (PTC), lo que significa que al incrementarse la temperatura que se está sensando se produce un aumento en la resistencia de los materiales que conforman al RTD.

La respuesta que presentan estos sensores por lo general es de características lineales, esto es, cuando cambia el valor de la temperatura se refleja con un cambio proporcional del valor de resistencia. El rango de medición de temperatura se encuentra aproximadamente entre -200 °C y 400 °C.  Este sensor requiere de un circuito de acoplamiento para hacer llegar su información al sistema de control

Termistores.Su nombre es el de Resistencia Sensible a la Temperatura (por sus siglas en ingles Termistor), este tipo de sensor poseen tanto coeficiente positivo de temperatura (PTC) como coeficiente negativo de temperatura (NTC), lo que significa que al incrementarse la temperatura que se está sensando se produce un aumento en la resistencia de los materiales que conforman al termistor (PTC), mientras que en los NTC al incrementarse la temperatura se disminuye el valor de resistencia, y al decrementarse el valor de la temperatura se aumenta el valor de la temperatura. La respuesta que presentan estos sensores no es lineal, si no más bien es del tipo exponencial, esto significa que cuando cambia el valor de la temperatura se obtiene un cambio brusco de resistencia, por lo que este tipo de sensores es empleado para registrar cambios finos en la variable de la temperatura. El rango de medición de temperatura se encuentra aproximadamente entre -55 °C y 100 °C.  Este sensor requiere de un circuito de acoplamiento para hacer llegar su información al sistema de control.

Termopar.Este sensor debe su nombre debido al efecto que presenta la unión de 2 metales diferentes, esta unión genera una cierta cantidad de voltaje dependiendo de la temperatura que se encuentre presente en la unión de los 2 metales.     La respuesta que presentan estos sensores se encuentra en términos de pequeñas magnitudes de voltaje (entre μV y mV) que tienen correspondencia directa con el valor de la temperatura que se esta midiendo y se puede considerar como una respuesta lineal. La característica principal de los termopares es que estan diseñados para medir altas cantidades de temperatura, que pueden llegar inclusive al punto de fundición de los metales. El rango de medición de temperatura se encuentra aproximadamente entre -200 °C y 2000 °C.  Este sensor requiere de un circuito de acoplamiento para hacer llegar su información al sistema de control.

Ordenar los sensores de menor a mayor distancia de detección:

 Capacitivo

 Electromecánico

 Inductivo

 Óptico

Según el tipo de señal de salida: Analógicos: La salida es un valor de tensión o corriente comprendida en un rango de valores: 0-10V y de 4-20mA. Para medida de temperaturas.medida de caudal,medida de posición/orientación. " Digitales: La salida toma dos valores únicamente a la salida: 1 ó 0, todo/nada  0-5V, 0-24V un ejemplo puede ser tren de pulsos.Sensor de presencia (pieza/no pieza)Final de carrera. Según la naturaleza del sensor:Resistivos, Piezoeléctricos, Termoeléctricos , Electromagnético