automatización y robótica

Universidad Tecnolgica de Puebla

Automatizacin y Robtica

Manual de asignatura

Carrera Electricidad Y Electrnica Industrial

Programa 2004

Ing. Magdalena Villar Salvador

Electricidad y Electrnica Industrial Automatizacin y Robtica

Universidad Tecnolgica de Puebla Ing. Magdalena Villar Salvador Pgina 2

Crditos

Elabor: Ing. Magdalena Villar Salvador Revis: Revisin ortogrfica, formato y estilo: Lic. Jos Luis Catzalco Len Autoriz: Ing. Marcos Espinosa Martnez



Medidas de seguridad

El tcnico electrnico trabaja con electricidad, dispositivos electrnicos, motores y

otras mquinas rotatorias. Tiene que usar frecuentemente herramientas de mano y

mecnicas para construir los prototipos de nuevos dispositivos a realizar experimentos.

Utiliza instrumentos de prueba para medir las caractersticas elctricas de los

componentes, dispositivos y sistemas electrnicos.

Estas tareas son interesantes e instructivas, pero pueden presentar ciertos riesgos

si se efectan descuidadamente. Por consiguiente es esencial que el estudiante aprenda

los principios de seguridad en cuanto comienza su carrera y que practique estos ejercicios

en toda su actividad subsiguiente de trabajo.

La realizacin del trabajo en condiciones de seguridad requiere seguir

deliberadamente un procedimiento apropiado para cada labor. Antes de emprender una

tarea, el tcnico debe tener perfecto conocimiento de lo que tiene que hacer y de cmo ha

de hacerlo. Debe planear su labor, colocar en el banco de trabajo limpiamente y de

manera ordenada las herramientas, equipo e instrumentos que ha de necesitar. Debe

quitar todos los objetos extraos y apartar los cables todo lo posible de manera segura.

Cuando trabaje en mquinas rotatorias o cerca de ellas debe tener bien sujeto y

abrochado su traje de trabajo, de modo que no pueda ser enganchada ninguna parte de

l.

Las tensiones de lnea (de energa) deben ser aisladas de tierra por medio de un

transformador de separacin o de aislamiento. Las tensiones de lnea de energa pueden

matar, por lo que no deben ponerse en contacto con ellas las manos ni el cuerpo. Se

deben comprobar los cables o cordones de lnea antes de hacer uso de ellos, y si su

aislamiento est roto o agrietado no se deben emplear estos cables. El alumno debe

evitar el contacto directo con cualquier fuente de tensin. Medir las tensiones con una

mano en el bolsillo. Usar zapatos con suela de goma o una alfombra de goma cuando se

trabaja en el banco de experimentacin. Cerciorarse de que las manos estn secas y que

no se est de pie sobre un suelo hmedo cuando se efectan pruebas y mediciones en un

circuito activo, o sea conectado a una fuente de tensin. Desconectar sta antes de

conectar los instrumentos de prueba en un circuito activo.



Utilizar enchufes o clavijas de seguridad en los cables de lnea de las herramientas

mecanizadas y equipos no aislados (clavijas con tres patas polarizadas). No anular la

propiedad de seguridad de estas clavijas utilizando adaptadores no conectados a tierra.

No invalidar ningn dispositivo de seguridad, tal como un fusible o un disyuntor,

cortocircuitndolo o empleando un fusible de ms amperaje del especificado por el

fabricante. Los dispositivos de seguridad estn destinados a protegerle a usted y a su

equipo.

UN COMPORTAMIENTO JUICIOSO Y CON SENTIDO COMN EN EL

LABORATORIO SER GARANTA DE SEGURIDAD Y HAR SU TRABAJO

INTERESANTE Y FRUCTFERO.

PRIMEROS AUXILIOS.

Si ocurre un accidente, desconecte inmediatamente la red o lnea de energa.

Comunique inmediatamente el accidente a su instructor.

Una persona accidentada debe permanecer acostada hasta que llegue el mdico,

y bien arropado para evitar la conmocin. No intentar darle agua ni otros lquidos si est

inconsciente y asegurarse de que nada pueda causarle an ms dao. Se le cuidar

solcitamente mantenindola en postura cmoda hasta que llegue el mdico.

RESPIRACIN ARTIFICIAL.

Una conmocin elctrica fuerte puede causar un paro respiratorio. Hay que estar

preparado para practicar la respiracin artificial inmediatamente, si esto ocurre. Se

recomiendan dos tcnicas:

1. Respiracin de boca a boca, que se considera la ms eficaz.

2. Mtodo de Schaeffer.

Estas instrucciones no estn destinadas a desanimarle, sino a advertirle de los riesgos

que se pueden presentar en el trabajo de un tcnico electrnico.



ndice Crditos.................................................................................................................. 2 Medidas de seguridad........................................................................................... 3 ndice ..................................................................................................................... 5 Contenido............................................................................................................... 7 I. Introduccin a la Automatizacin y a la Robtica ................................... 8 1.1. Automatizacin............................................................................................. 8 1.1.1. Fundamentos de la Automatizacin ............................................................. 8 1.2. Importancia de la Automatizacin............................................................... 12 1.3. Futuro de la Automatizacin ....................................................................... 15 1.4. Introduccin a la Robtica .......................................................................... 18 1.4.1. Leyes de la Robtica .................................................................................. 19 1.4.2. Impacto de la robtica ................................................................................ 19 1.4.3. Definicin del Robot Industrial .................................................................... 23 1.5. Evaluacin Automtica ............................................................................... 25 II. Sistemas flexibles de manufactura ......................................................... 26 2.1. El entorno de la produccin industrial......................................................... 26 2.2. Control numrico directo............................................................................. 29 EJERCICIO 1 ......................................................................................................................31 III. Control numrico CAD - CAM.................................................................. 33 3.1. Control numrico por computadora ............................................................ 33 3.2. Redes en CNC y PLCS .............................................................................. 35 3.3. Control Adaptativo ...................................................................................... 41 3.4. CAD/CAM................................................................................................... 42 EJERCICIO 2 .......................................................................................................................46 IV. Programacin del Robot industrial ......................................................... 52 4.1. Robtica ...................................................................................................................52 4.2. Anatoma del Robot y sus perifricos ......................................................................55 4.3. Sistema de control del Robot...................................................................................58 4.4. Programacin del Robot .........................................................................................60 EJERCICIO 3 ......................................................................................................................70 Gua de Prcticas ...............................................................................................................72



V. Aplicacin en sistemas Automatizados .............................................................75 5.1. Aplicacin en sistemas automatizados electrohidrulicos y electroneumticos.....75 5.2. Aplicacin de un SFM .............................................................................................75 5.3. Aplicacin de sistemas de evaluacin automtica ...................................................75 Bibliografa .........................................................................................................................83



Contenido

OBJETIVO GENERAL Utilizar diferentes componentes para integrarlos en un sistema automtico. HABILIDADES POR DESARROLLAR EN GENERAL Ser capaces de implementar un sistema automtico donde se le requiera.

Horas Teora Prctica Total Pgina

23 52 75 I Introduccin a la Automatizacin y

a la Robtica 5 0 5 8

II Sistemas flexibles de manufactura 3 2 5 26

III Control numrico CAD - CAM 10 25 35 33

IV Programacin del Robot Industrial 5 10 15 52 Gua de prcticas de la Unidad IV 67

V Aplicacin en sistemas automatizados 0 15 15 75

Bibliografa 83



I Introduccin a la automatizacin

y a la robtica OBJETIVO PARTICULAR DE LA UNIDAD Conocer los aspectos fundamentales de la automatizacin y la robtica. HABILIDADES POR DESARROLLAR EN LA UNIDAD Conocer los aspectos fundamentales de la automatizacin y la robtica.

Saber en la Teora (5 hrs.)

1.1. AUTOMATIZACIN.

CONCEPTO DE AUTOMATIZACIN, TIPOS Y MEDIOS DE AUTOMATIZACIN (MECNICOS, HIDRULICOS, ETC.)

1.1.1 FUNDAMENTOS DE LA AUTOMATIZACIN

Al borde del cambio de siglo, cada pas basa su desarrollo tecnolgico en la

capacidad que tienen sus industrias e instituciones para investigar y proponer nuevos

sistemas, materiales y equipos que satisfagan alguna necesidad as como su

competitividad y flexibilidad para cambios de modelos de productos en sus lneas de

produccin.

Para lograrlo se establece un modelo o perfil de empresa en el que se incluyen,

entre otros conceptos, algunos como stos:

Personal altamente entrenado, capaz de asumir varias funciones dentro de la

empresa y con inters en aprendizaje de nuevas tecnologas.

Sistemas de calidad controlada como ISO 9000 y QS 9000, que aseguren la

mejora continua de personal, productos y servicios.



Alto grado de automatizacin en sus lneas de produccin, permitiendo el fcil

cambio de modelo segn demanda, evitando al mximo tiempos muertos de produccin,

calidad constante, baja conservacin de los equipos y ahorro de energa.

Compromiso con la sociedad y su entorno ambiental con normas tales como ISO14000 y QS 14000.

Filosofas de Mejora Continua como Kaisen.

Conceptos de conservacin en lugar de mantenimiento de equipos. El

enfoque de este trabajo es el aspecto de la integracin de equipos para el logro de estos

objetivos. La automatizacin es la herramienta con el que se lleva a cabo, por lo que se

propone la siguiente definicin segn los conceptos ya analizados.

Automatizacin: Es la tcnica formada por las disciplinas, Mecnica, Elctrica,

informtica y Electrnica que trata del diseo, fabricacin, instalacin y programacin de

dispositivos o sistemas los cuales sustituyen la mano del hombre en los procesos o

sistemas de produccin, prueba, ajuste y calibracin, con elementos de mecanismo y

controles autnomos.

Basados en la definicin, se plantea la filosofa para automatizar, as como la

necesidad de liberar al personal operativo de trabajos rutinarios y tediosos, evitar el

contacto con equipo, materiales peligrosos y lejos de zonas de alto riesgo. Con esto se

persigue ubicar al operador de maquinaria en un trabajo como supervisor donde

desarrolle sus facultades intelectuales y proponga nuevas mejoras.

Adems de provocar desarrollo personal, los sistemas de produccin automatizados

logran:

Una alta calidad, constante y factible de mejorar. Menor mantenimiento correctivo y mantenimiento preventivo bien planeado. Correccin de fallas por auto-diagnstico. Planeacin de la produccin por sistemas computarizados. Informacin actualizada de la produccin en cantidad y calidad. Menores riesgos de accidentes e incremento en el nivel de seguridad. Mejora en la imagen de la compaa.



Menos gastos y cuotas referentes a seguridad y accidentes, etc.

Sin embargo, esta forma de trabajo exige de inversiones financieras iniciales,

personal capacitado para instalacin y operacin del equipo, una mentalidad enfocada a

realizar cualquier tarea con la mxima calidad posible y una buena actitud de apertura y

cambio para mejorar.

A esta manera de trabajar se le conoce hoy en da bajo los conceptos de sistemas de produccin competitivos, de clase mundial, de alto rendimiento, o produccin y calidad total, mejora continua, etc.

Junto con la disposicin y formas de trabajo en cada empresa, estn los tipos de

tecnologas para lograrlo, por ello es conveniente tener un buen adiestramiento tcnico

Universitario.

Para lograr realizar un automatismo se requiere del conocimiento de varias

tcnicas, equipos y principios de funcionamiento. Las especialidades de mayor

demanda son:

Electrnica, Computacin, Neumtica, Hidrulica, Diseo Mecnico y Elctrico.

El xito de automatizar es el de usar cada equipo segn convenga y no limitarse a

una sola tcnica por ser la ms conocida.

Algunos criterios de seleccin o definicin de equipos son los siguientes:

Fuerza en los movimientos. (Piezas a trabajar, tipos de movimientos, etc.).

Rapidez en el ciclo de trabajo. (Velocidad, aceleracin, etc.).

Exactitud. (Caracterstica del sistema de alcanzar una posicin con la mnima tolerancia o

error).

Repetibilidad



(Seguridad de que despus de n ciclos el sistema sigue colocndose en la misma

posicin como al principio).

Condiciones de seguridad. (Contra explosin, manejo de sustancias txicas, etc.).

Condiciones de higiene. (Libre de posibles impurezas y contaminacin).

Trabajo pesado. (Trabajo de alta frecuencia de ciclo y trabajo continuo).

Flexibilidad. (Con facilidad de adaptarse a modificaciones segn necesidades).

Gasto de energa. (Uso y consumo de determinada fuente de energa).

Facilidad de operacin. (Facilidad de arranque, operacin y mantenimiento, etc.).

Soporte tcnico. (Asesora en campo, garanta, entrega rpida, informacin en el idioma adecuado).

Costos. (Precio de equipo, tiempo de entrega, crditos, condiciones de pago, etc.).

Origen. (Seleccin de equipo de procedencia determinada y marca con presencia mundial).



1.2. IMPORTANCIA DE LA AUTOMATIZACIN

IMPACTO DE LA AUTOMATIZACIN EN LA PRODUCCIN Y EN EL ENTORNO SOCIOECONMICO. CRITERIOS DE IMPLANTACIN DE SISTEMAS AUTOMTICOS, VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA

AUTOMATIZACIN.

Demanda de proyectos de automatizacin, anlisis histrico: La integracin

mundial de los procesos productivos obliga a los industriales a tener lneas de produccin

compatibles a otras similares en otras plantas de productos semejantes (en el pas o en el

mundo). Es decir, aparte de que se pueda cambiar fcilmente el tipo de producto en una

lnea, tambin deben poderse cambiar los equipos de trabajo y el personal an entre

plantas. As se busca satisfacer la calidad que el cliente requiere y mejorar lo que la

competencia ofrece. La forma de lograrlo est enfocada a la adecuacin de un sistema

de alta administracin y la herramienta por excelencia a usar es la Automatizacin.

Lo anterior lleva a establecer ciertos criterios de diseo que deben cubrir quienes

aspiran a ser proveedores de elementos, equipo y proyectos de automatizacin. En cada

ramo de industrias se persigue ajustarse a normas o estndares y son las empresas

lderes quienes tratan de implantar sus formas y procedimientos. El auxilio de las

instituciones educativas o de capacitacin y de las oficinas de normas, tratan de dar un

equilibrio a esta gran carrera, logrando as armona entre mtodos de trabajo.

Antes de la llamada revolucin industrial, los productos y procesos de produccin

estaban dirigidos a la satisfaccin de algunas necesidades bsicas del ser, y la manera de

fabricarlos era artesanal, esto es, uno a uno sin tomar en cuenta la exacta repeticin de

procedimientos, calidad, y condiciones de trabajo. No se tomaba en cuenta el concepto de

calidad total. No exista la Automatizacin y slo se contaba con algunas herramientas de

trabajo. No exista el concepto de mantenimiento o conservacin de equipos y

herramientas.

Durante la Revolucin Industrial (1760 - 1830), la produccin dio un giro, ahora

contaba ms el volumen de producto y la forma de cmo lograrlo. Se implantaron

mtodos y mecanismos para lograr hacer funciones y trabajos aislados y especficos, se



disearon mquinas y una de las principales formas de energa era el vapor. La filosofa

de trabajo y del trabajador cambio, la calidad mejor y sobre todo obtuvo mayor

constancia. Inici la Mecanizacin de los procesos y la construccin de mquinas y

herramientas.

En relacin, al mantenimiento de los equipos, slo se daba de manera correctiva

(MC), no exista el concepto de mantenimiento preventivo. Aunque comenzaba el diseo

de herramientas, poco importaban la mquina respecto a la mano de obra, ya que en la

fabricacin de un artculo, sta intervena en ms de un 90%.

Conforme la industria ha ido evolucionando, las mquinas son ms complejas; y ya

en 1914, con el advenimiento de la primera guerra mundial se hizo patente la necesidad

de que algunas de estas mquinas (las vitales e importantes), trabajaran

ininterrumpidamente, de manera ms eficiente y a mayor velocidad; con lo que nace la

automatizacin (aunque no se le conoca con este trmino); surge tambin el concepto

de mantenimiento preventivo (MP), sistemas de mejoramiento de la calidad y

mejoramiento continuo de la produccin.

Entre la primera y segunda guerra mundial inicia el uso del aire comprimido como

forma de energa ms conveniente para la operacin de herramientas. Posteriormente es

la electricidad la que gobierna el diseo de mquinas logrndose gran versatilidad en los

sistemas y circuitos de control automatizados.

En la actualidad se considera que las mquinas llevan mas del 90% de las labores

de produccin, por lo que se ha llegado a determinar que las mquinas vitales e

importantes deben cumplir con funciones totalmente automatizadas y aplicrseles labores

de conservacin programada y uso de planes contingentes que permitan que stas

proporcionen el servicio en calidad y cantidad adecuadas.

As en el periodo de 1950 a 1970, el mantenimiento se rige bajo el concepto de

Mantenimiento productivo (PM) y a partir de los 70s existe el Mantenimiento productivo

total (TPM). Es tambin a fines de los 60s y todos los 70s que nacen e inician su

crecimiento los PLC (Programmable Logic Control o Controles Lgicos Programables),

con los cuales los automatismos y las labores de conservacin y mejoramiento de la



calidad arrancaran una carrera vertiginosa que llega hasta nuestros das. Es en esa

poca cuando verdaderamente se adopta la palabra Automatizacin como la tarea de liberar la mano del hombre de los trabajos repetidos o mecanizados. La conservacin y

mantenimiento ahora se entienden como las actividades necesarias a realizar con las

cuales la mquina o herramienta cumpla las funciones para la cual fue diseada.

Podemos resumir que, a medida que la ciencia y la tecnologa avanzan usando

diferentes formas de energa, distintos tipos de produccin y diferentes conceptos de

cmo lograr la conservacin de mquinas, procesos y medio ambiente; las empresas

prefieren sistemas o lneas de produccin totalmente automticas, poco trabajo de

conservacin, con la versatilidad de cambios de producto sin ningn paro y sin desmeritar

la calidad.

Vivimos en una sociedad globalizada, en donde la competencia por hacerlo mejor,

ms barato, rpido y con menos esfuerzo es motivo de mbito mundial. Aunque no es

conveniente automatizar todo; por lo que en la presente obra se integran algunos

conceptos de tecnologas y equipos con el fin de formar criterio de dnde, cmo, cundo y

por qu disear y construir un proceso automtico.

CONDICIONES DE CLIENTES Y PROVEEDORES:

Las empresas demandan cada vez con ms frecuencia, proyectos de

automatizacin en donde deben tomarse en cuenta por parte del cliente, caractersticas

como las siguientes:

Que puedan adaptarse fcilmente cambios mecnicos futuros. Que los equipos hidrulico, neumtico, elctrico, electrnico, etc., tengan garanta y

soporte en el lugar que opera la planta.

Si el proyecto o maquinaria se transfiere a otro lugar o pas; que se tengan garantas de servicio y refacciones con rapidez, en el mismo sitio de operacin del equipo, o

envos confiables y rpidos.

Que se cuente con manuales de operacin, mantenimiento y reparacin de fallas, de ser posible en el idioma local.



Algunas veces el proyecto deber ir acompaado con un estudio econmico de recuperacin de la inversin.

Que los equipos empleados sean compatibles con nuevos modelos de la misma marca y/o entre marcas.

En lo que se refiere a controles electrnicos, que tengan posibilidad de enlace o comunicacin entre ellos y la computadora personal ( personal computer PC.)

Para algunos casos se debe presentar junto con el proyecto, software de control, administracin, comercializacin o mantenimiento preventivo del equipo o lnea de

produccin.

Que dentro de los manuales de usuario del equipo existan rutinas de conservacin y mantenimiento bien especficas.

Que exista por parte del proveedor capacitacin para la operacin de los equipos.

Con necesidades a cubrir como las anteriores, la mejor oferta para el cliente resulta

ser los proyectos LLAVE EN MANO. Las compaas que se esfuercen en trabajar bajo

este principio seguramente lograrn la mayor y mejor presencia en el mercado.

1.3. FUTURO DE LA AUTOMATIZACIN

PERSPECTIVAS A CORTO, MEDIANO Y LARGO PLAZO DE LOS MEDIOS

AUTOMTICOS.

El estilo de operacin como el mencionado anteriormente, LLAVE EN MANO, es

difcil de lograr por parte de un slo proveedor, ya que tambin se requiere de la extrema

especializacin en cada equipo; no se trata de ser especialista en todo porque ya en la

simple frase existe una paradoja, sino se trata de integrar a los mejores en cada tema.

La manera de trabajo que ms resultado puede dar es el hacer alianzas

tecnolgicas entre proveedores, distribuidores, prestadores de servicios, diseadores e

integradores de equipos.

Las alianzas tecnolgicas se refieren a establecer, por parte de los diseadores e

integradores de automatismos, convenios, contratos o plizas de servicio con los cuerpos

tcnicos de cada marca de equipo lder y lograr el uso eficiente de cada elemento,



evitando daos por mala instalacin, operacin, transporte o arranque. No representa

ningn casamiento con determinada marca, es simplemente usar al que sabe en lo que

sabe.

Es evidente que los equipos de trabajo irn ampliando sus conocimientos y

experiencias, de tal manera, que una sola persona pueda integrarse a trabajos de

distintas especialidades, hasta llegar a la coordinacin de proyectos; pero resulta intil

imaginar que en algn momento dejaremos de usar la asesora de otros expertos.

En este aspecto, las instituciones educativas o de capacitacin a travs de sus

especialistas debern participar con mayor frecuencia para lograr cada da, mejorar la

vinculacin y pertinencia entre escuela e industria. Este llamado resulta un reto, ya que

requiere de mayor esfuerzo para el profesor y empresario; convirtiendo al profesor en un

asesor industrial y al empresario en promotor de la capacitacin profesional.

El problema que tiene la industria en cuanto a lograr conjuntar grupos de personal

que satisfagan las condiciones de trabajo anteriores, es la falta de polivalencia y

compatibilidad de conocimientos tecnolgicos de cada profesionista.

Hasta ahora, se resuelve integrando equipos de trabajo con especialistas de

diversas reas de ingeniera, administracin y comercializacin. Muchas veces resulta

difcil hablar el mismo lenguaje entre ellos por estar inclinados, cada uno, a su

especialidad y hay carencia de profesionistas universitarios recin egresados capaces de

estar involucrados en dos o ms reas. Esta deficiencia se cubre, como ya dijimos, con la

experiencia de muchos aos adquirida por el personal de cualquier nivel.

No obstante existen ya Universidades y Tecnolgicos en nuestro pas, tales como

el sistema de Universidades Tecnolgicas (UT), que ofrecen opciones de estudio que

tienden a cubrir esta demanda. Las carreras que ofrecen estas instituciones son, entre

otras:

Electrnica y Automatizacin, Mecatrnica, Telemtica, Mantenimiento industrial,

Procesos de produccin, Administracin, Comercializacin, etc.



Gran parte de los avances en la capacitacin se debe a la incursin de la industria

privada, a travs de departamentos de diseo, desarrollo y didctica, dedicados a

capacitar en forma prctica sobre las tcnicas de automatizacin y manejo de equipos.

Quiz el inconveniente en estos cursos, es en ocasiones, el enfoque determinado por

cierta marca, aunque a veces es la exigencia o requerimiento de la misma industria.

En resumen, el perfil que deben cubrir los aspirantes a participar en proyectos

referentes a la automatizacin de maquinaria, lneas de produccin y equipo, es:

Estudios polivalentes. (En las principales tecnologas de uso actual: Hidrulica, Neumtica, Elctrica,

Electrnica, Computacin, Idioma ingls, Mercadotecnia, Mantenimiento).

Experiencia laboral. (An cuando sea universitario, o recin egresado, deber participar en la industria

mientras cumple su periodo de enseanza escolar, es decir contar con una

formacin terica practica).

Trabajo en equipo. (Debido al tipo de actividades a desempear, el aspirante deber tomar en cuenta

que slo en equipo se logran los buenos proyectos).

Excelentes relaciones humanas. (Deber tener capacidad de relacionarse con todo tipo de personas sin crear

conflictos).

Deseos de aprendizaje. (Contar con la disposicin y entusiasmo de aprender por medio de cursos, plticas y

acumulacin de conocimientos diarios, sobre nuevas formas de trabajo y

tecnologas. Autoformacin).

Participacin en la enseanza. (Deber estar dispuesto a ensear a sus compaeros lo que ha aprendido y no

bloquear la distribucin de la informacin).

Compromiso con su entorno. (Estar comprometido con el mejoramiento de su rea de trabajo, relacin con sus

compaeros y empresa, comunidad, medio ambiente y relacin familiar).



Toma de decisiones. (Deber ser capaz de afrontar los retos que requieran toma de decisiones en pro del

buen trabajo, la honestidad, los intereses de la empresa, beneficio de los

compaeros e inters personal, an cuando algunas de ellas parezcan amenazar el

prestigio propio). Reconocer los errores.

Calidad moral. (Que no slo est comprometido a efectuar su trabajo con calidad, sino que

tambin pugne por mejorar continuamente su calidad de vida).

Criterio abierto. (No deber tener ningn principio discriminatorio por raza, credo, o inclinacin

poltica que encuentre en sus compaeros).

Los puntos anteriores podrn servir de interrogatorio personal y profundo para

evaluar y pronosticar el futuro desempeo de quien quiere ocuparse en este campo de la

ingeniera.

1.4. INTRODUCCIN A LA ROBTICA

DEFINICIN DE ROBOT INDUSTRIAL, VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL

EMPLEO DE ROBOTS. IMPACTO EN LA PRODUCCIN.

Hace pocos aos era un sueo o visin de pelcula de ciencia ficcin, pero ahora

podemos ver ROBOTS trabajando en tareas industriales de posicionamiento, transporte

de material, pintura, almacenaje, soldadura, ensamble, etc. Y es que la versatilidad,

exactitud, rapidez, limpieza, repetibilidad, bajo consumo de energa, confiabilidad ante el

trabajo continuo, y otras, son caractersticas inherentes a ellos.

Slo quizs en el caso de tareas donde alguna otra tecnologa cubra las

necesidades, es cuando conviene dejar a un lado al robot. Esto es porque el costo para la

mayora de aplicaciones resulta mayor comparado al de otras opciones.



El principio de operacin se basa en los servos motores agrupados en un control

de movimientos programable y en un diseo mecnico de brazos, bielas y ejes de giro.

Podemos decir que es la aplicacin de varias tcnicas en un slo producto para dar una

solucin ms completa a una tarea de automatizacin.

La palabra robot proviene del checo y la uso por primera vez el escritor Karel

Capek en 1917 para referirse, en sus obras, a mquinas con forma de humana

(humanoide).

En 1940, Isaac Asimov volvi a referirse a los robots en sus libros (Leyes de la

robtica).

1.4.1. Leyes De La Robtica. Leyes imaginarias, propuestas por Isaac Asimov, que controlaran el

comportamiento de los robots. Son las siguientes:

1.- Un robot no puede daar a un ser humano ni, por inaccin, permitir que ste

sea daado.

2.- Un robot debe obedecer las rdenes dadas por los seres humanos excepto

cuando estas rdenes entren en conflicto con la Primera Ley.

3.- Un robot debe proteger su propia existencia hasta donde esta proteccin no

entre en conflicto con la Primera o la Segunda Leyes.

El robot industrial, que se conoce y emplea en nuestros das, no surge como

consecuencia de la tendencia o aficin de reproducir seres vivientes, sino como una

necesidad de los sistemas productivos.

1.4.2. Impacto de la Robtica. La Robtica es una nueva tecnologa, que surgi como tal, hacia 1960. Han

transcurrido pocos aos y el inters que ha despertado, desborda cualquier previsin.

Quizs, al nacer la Robtica en la era de la informacin, una propaganda desmedida ha

propiciado una imagen irreal a nivel popular.



El auge de la Robtica y la imperiosa necesidad de su implantacin en numerosas

instalaciones industriales, requiere el concurso de un buen nmero de especialistas en la

materia.

La Robtica es una tecnologa multidisciplinaria. Hace uso de todos los recursos

de vanguardia de otras ciencias afines, que soportan una parte de su estructura.

(FIGURA 1.1.) Ejemplo de un robot



La palabra robot fue usada por primera vez en el ao 1921, cuando el escritor

checo Karel Capek (1890 - 1938) estrena en el teatro nacional de Praga su obra

Rossum's Universal Robot (R. U. R.)

Su origen es de la palabra eslava robota, que se refiere al trabajo realizado de

manera forzada.

Con el objetivo de disear una mquina flexible, adaptable al entorno y de fcil

manejo, George Devol, pionero de la Robtica Industrial, patent en 1948 un manipulador

programable que fue el germen del robot industrial.

En 1948 R. C. Goertz del Argonne National Laboratory desarroll, con el objetivo

de manipular elementos radioactivos sin riesgo para el operador, el primer tele

manipulador. En 1954, Goertz hizo uso de la tecnologa electrnica y del servo control

sustituyendo la transmisin mecnica por elctrica y desarrollando as el primer tele

manipulador con servo control bilateral.

Ralph Mosher, ingeniero de la General Electric en 1958 desarrollo un dispositivo

denominado Handy-Man, consistente en dos brazos mecnicos teleoperados mediante un

maestro del tipo denominado exoesqueleto.

La evolucin de los tele-manipuladores a lo largo de los ltimos aos no ha sido

tan espectacular como la de los robots. Recluidos en un mercado selecto y limitado

(industria nuclear, militar, espacial, etc.) son en general desconocidos.

La sustitucin del operador por un programa de computadora que controlase los

movimientos del manipulador dio paso al concepto de robot.

La primera patente de un dispositivo robtico fue solicitada en marzo de 1954 por

el inventor britnico C. W. Kenward.

George C. Devol, ingeniero norteamericano, inventor y autor de varias patentes,

establece las bases del robot industrial moderno.



En 1954 Devol concibi la idea de un dispositivo de transferencia de artculos

programada que se patento en Estados Unidos en 1961.

En 1956 Devol y Engelberger comenzaron a trabajar en la utilizacin industrial de

sus mquinas, fundando la Consolidated Controls Corporation, que ms tarde se

convierte en Unimation (Universal Automation), e instalando su primera mquina Unimate

(1960), en la fbrica de General Motors de Trenton, Nueva Jersey, en una aplicacin de

fundicin por inyeccin.

En 1968 J. F. Engelberger firma acuerdos con Kawasaki para la construccin de

robots tipo Unimate.

El crecimiento de la robtica en Japn aventaja en breve a los Estados Unidos

gracias a Nissan, que form la primera asociacin robtica del mundo: la Asociacin de

Robtica industrial de Japn (JIRA) en 1972.

Dos aos ms tarde se formo el Instituto de Robtica de Amrica (RIA), que en

1984 cambio su nombre por el de Asociacin de Industrias Robticas, manteniendo las

mismas siglas (RIA).

Europa tuvo un despertar ms tardo. En 1973 la firma sueca ASEA construy el

primer robot con accionamiento totalmente elctrico. En 1980 se funda la Federacin

Internacional de Robtica con sede en Estocolmo Suecia.

Cinco fases relevantes en el desarrollo de la Robtica Industrial:

1. El laboratorio ARGONNE disea, en 1950, manipuladores amo-esclavo para

manejar material radioactivo.

2. Unimation, fundada en 1958 por Engelberger y hoy absorbida por

Whestinghouse, realiza los primeros proyectos de robots a principios de la

dcada de los sesentas, instalando el primero en 1961. Posteriormente, en

1967, instala un conjunto de ellos en una fbrica de General Motors. Tres aos

despus, se inicia la implantacin de los robots en Europa, especialmente en el



rea de fabricacin de automviles. Japn comienza a implementar esta

tecnologa hasta 1968.

3. Los laboratorios de la Universidad de Stanford y del MIT acometen, en 1970, la

tarea de controlar un robot mediante computador.

4. En el ao de 1975, la aplicacin del microprocesador, transforma la imagen y

las caractersticas del robot, hasta entonces grande y costoso.

5. A partir de 1980, el fuerte impulso en la investigacin, por parte de las

empresas fabricantes de robots, otros auxiliares y diversos departamentos de

Universidades de todo el mundo, sobre la informtica aplicada y la

experimentacin de los sensores, cada vez ms perfeccionados, potencian la

configuracin del robot inteligente capaz de adaptarse al ambiente y tomar

decisiones en tiempo real, adecuarlas para cada situacin.

1.4.3. DEFINICIN DEL ROBOT INDUSTRIAL.

Existen ciertas dificultades a la hora de establecer una definicin formal de lo que

es un robot industrial. La primera de ellas surge de la diferencia conceptual entre el

mercado japons y el euro americano de lo que es un robot y lo que es un manipulador.

La definicin mas comnmente aceptada posiblemente sea la de la Asociacin de

Industrias Robticas (RIA), segn la cual:

Un robot industrial es un manipulador multifuncional reprogramable, capaz de

mover materias, piezas, herramientas, o dispositivos especiales, segn

trayectorias variables, programadas para realizar tareas diversas.

La definicin ms completa es la establecida por la Asociacin Francesa de

Normalizacin (AFNOR) que define primero el manipulador y, basndose en dicha

definicin, al robot:

Manipulador: mecanismo formado generalmente por elementos en serie,

articulados entre si, destinado al agarre y desplazamiento de objetos. Es

multifuncional y puede ser gobernado directamente por un operador humano o

mediante dispositivo lgico.



Robot: manipulador automtico servo controlado, reprogramable, polivalente,

capaz de posicionar y orientar piezas, tiles o dispositivos especiales, siguiendo

trayectorias variables reprogramables, para la ejecucin de tareas variadas.

Normalmente tiene la forma de uno o varios brazos terminados en una mueca. Su

unidad de control incluye un dispositivo de memoria y ocasionalmente de

percepcin del entorno. Normalmente su uso es el de realizar una tarea de manera

cclica, pudindose adaptar a otra sin cambios permanentes en su material.

1. Manipuladores:

Son sistemas mecnicos multifuncionales, con un sencillo sistema de control, que

permite gobernar el movimiento de sus elementos, de los siguientes modos:

a. Manual: Cuando el operario controla directamente la tarea del

manipulador.

b. De secuencia fija: cuando se repite, de forma invariable, el proceso de

trabajo preparado previamente.

c. De secuencia variable: Se pueden alterar algunas caractersticas de los

ciclos de trabajo.

2. Grados de libertad.

Se pueden definir los grados de libertad, como los posibles movimientos bsicos

(giratorios y de desplazamiento) independientes.

En la imagen (figura 1.1.) Se muestra el esquema de un robot de estructura

moderna con 6 grados de libertad.



1. 5. EVALUACIN AUTOMTICA

DEFINICIN DE EVALUACIN AUTOMTICA, IMPORTANCIA, VENTAJAS Y DESVENTAJAS.

ARQUITECTURA DE UN AUTOMATISMO

Como ya se vio, la automatizacin no comprende el uso de un slo equipo y una

sola tecnologa, sin embargo, es comn hablar hoy en da de electrnica y controles

electrnicos para la etapa de procesamiento de seal en una mquina o proceso (tambin

los hay, mecnicos, electromecnicos y neumticos).

En la presente informacin tomaremos en cuenta sobre todo el uso del control y

sensores electrnicos por ser los de mayor demanda actual.

Valindonos de lo anterior, mostraremos en el siguiente diagrama una

configuracin o arquitectura general que interviene en cualquier proyecto de

automatizacin. Cabe sealar que a diferencia de la etapa de control, en lo que se refiere

a los actuadores y an los sensores, no podemos generalizar o tomar como base algn

tipo de tecnologa a usar, ya que stas son aplicadas segn sea la tarea que se realizar,

aunque si el procesador es un control electrnico, las seales que llagan a l y salen de

l debern ser elctricas.

El concepto que exista sobre automatizacin industrial se ha modificado

profundamente con la incorporacin al mundo del trabajo del robot, que introduce el nuevo

vocablo de "sistema de fabricacin flexible", cuya principal caracterstica consiste en la

facilidad de adaptacin de este ncleo de trabajo, a tareas diferentes de produccin.



II Sistemas flexibles de

manufactura OBJETIVO PARTICULAR DE LA UNIDAD

Comprender el concepto de sistema flexible de manufactura

HABILIDADES POR DESARROLLAR EN LA UNIDAD

Establecer las condiciones para el control de un SFM y un CND

Saber en la Teora (3 hrs.) 2.1. EL ENTORNO DE LA PRODUCCIN INDUSTRIAL

La dcada de los 80`s marc un cambio de orientacin de las polticas y sistemas

de produccin industrial pasando de estar centrada en el producto de una economa de

escala a considerar el proceso como base de una produccin en un mbito globalizado.

El estudio de las caractersticas del entorno industrial revela que casi cualquier

industria se puede transformar en un centro moderno de produccin. Para ello son

necesarios instalaciones, organizacin y mtodos de trabajo.

Por lo anterior, el mercado requiere una diversificacin del producto, mismo que

deber adaptarse a las necesidades especficas del cliente, exigiendo un mejor tiempo de

entrega, calidad y competitividad.

A continuacin las caractersticas del mercado en la dcada de los 90s:

1. Productos con un ciclo de vida corto.

2. Gran variedad de lneas de productos.

3. Productos estandarizados.

4. Demanda de calidad y fiabilidad.



5. Productos de nueva tecnologa.

6. Nuevos usuarios y usos. Mayor variedad de clientes.

7. Clientes ms exigentes.

8. Mundializacin de la produccin, distribucin, mercados, competencia e

innovacin.

Eso ha conllevado, obviamente a una evolucin y por lo tanto a una confrontacin.

Sin embargo siempre existirn los pretextos como:

1. No se tiene en el Stock el producto solicitado.

2. Los tiempos de entrega son demasiado largos.

3. Los costos no son competitivos.

4. La calidad de los productos es baja.

5. No hay mucha variedad.

Para mejorar esto se debe echar mano de:

1. Programas guas.

2. Una gamma amplia provoca series cortas y no rentables.

3. No se puede tener existencia de todo en el almacn.

4. Considerar las modificaciones que se le pueden hacer a los productos.

5. El uso adecuado del producto.

FBRICA TRADICIONAL FABRICA MODERNA Variedad limitada de productos Gran variedad de lnea de productos Diseo de larga vida para los productos Rpido cambio de diseo de los productos Grandes factoras Plantas menores Plantas centralizadas Plantas descentralizadas Los stocks para desacoplar las etapas del proceso Stock cero Proceso por lotes Flujos continuos Cadenas equilibradas Productos bajo demanda No dejar que se pare el trabajo Mantener los equipos Inspeccin de la calidad Hgalo bien la primera vez Enriquecimiento del puesto de trabajo Operaciones sin personal La concentracin (focus) como concepto organizativo

Plantas multi misin

Gestin con informacin por excepcin Gestin e informacin intensiva Economa de escala Economa de mbito Costos variables Costos de conjunto Mano de obra intensiva Capital intensivo



La solucin a lo anterior es la Reconversin. Esta trata de la modificacin de la poltica y estrategia industrial para flexibilizar la produccin, adaptarlo a las variaciones del

mercado y las necesidades del cliente, al mismo tiempo que conseguir un costo

competitivo.

Ahora bien, para conseguir la rentabilidad de las empresas, se deben tomar en

cuenta ciertos criterios:

1. Flexibilidad del producto y de los procesos de produccin.

2. Calidad y fiabilidad del producto.

3. Predicibilidad y confiabilidad del proceso.

4. Integracin del producto, proceso y organizacin.

5. Reduccin de tiempos para el lanzamiento de productos nuevos.

6. Eliminacin del gasto no estrictamente necesario.

7. Reduccin de los tiempos de preparacin y espera.

8. Automatizacin de procesos.

9. Aumento de productividad global.

La flexibilidad de un producto se logra mediante tcnicas de diseo modular en

donde el producto terminado se obtiene a partir del ensamblaje de una gran variedad de

grupos. Las tecnologas como el CAD CAM por ejemplo, reducen tiempos de diseo.

Flexibilizar un proceso involucra reducir al mnimo los tiempos de preparacin de

mquinas, se automatizan almacenes, transportes, manutencin de las mquinas y se

especializa la mano de obra.

El resultado de la flexibilidad es muy generoso, considere:

1. Se desplaza la inspeccin de calidad al puesto de trabajo dentro de una poltica de

HBP.

2. Se eliminan barreras funcionales entre departamentos.

3. Se utilizan tcnicas de anlisis estructurados para detectar gastos que no deben

aadirse al valor del producto: paros, esperas, tiempos muertos, etc.

4. Uso de la tcnica Just in time es decir, disponer de materiales y piezas correctas

en cantidad, tipo, momento y lugar preciso.



5. Mayor estudio de los procesos de mecanizados, estandarizacin de mtodos,

herramientas y utilajes. La automatizacin es de suma importancia en este punto

por proporcionar una disminucin de los tiempos de preparacin y espera.

6. Disminucin de la mano de obra, al suceder eso: disminuyen gastos, aumenta la

productividad, mejora la calidad y se ofrece una mayor variedad.

Otras caractersticas se hallan en la fbrica moderna.

Todo lo anterior lleva a un concepto que involucra varios trminos, dicho concepto

no es otro que la Fbrica Flexible.

2.2. CONTROL NUMRICO DIRECTO DEFINICIN DE CND Y APLICACIN EN UN SFM.

CONCEPTO Y COMPONENTES DE UN SFM.

FBRICA FLEXIBLE

Segn sea el grado de dependencia del proceso respecto al producto, se pueden

establecer cuatro tipos de fabricacin:

1. Independiente.

2. Programable.

3. Flexibles.

4. Dedicados.

Independiente: El proceso no depende del diseo del producto, son los ms flexibles y baratos pero son los menos productivos y de mayor costo unitario. Por ejemplo, un taller

con mquinas-herramienta convencionales. Este proceso es ideal cuando se quieren

elementos poco estandarizados y de corta vida til.

Programable: El proceso puede adaptarse a una variedad de productos. Por ejemplo; las mquinas de control numrico.

Flexibles: Un proceso con una configuracin nica que puede fabricar una amplia gama de productos. Por ejemplo clulas de fabricacin flexible.



Dedicados: El proceso solo es apto para un diseo nico de productos. Este tipo de procesos es rgido, muy costoso, pero poseen elevada productividad y menor costo

unitario. Por ejemplo, las mquinas transfer. Este proceso es ideal cuando se quieren

elementos estandarizados y de larga vida til.

Entonces establecer qu proceso es conveniente o no, no es tan sencillo, porque

debe analizarse las exigencias que deben cubrirse durante su periodo de amortizacin.

Esta puede ser una clave til en cuanto a la seleccin de un sistema:

Un aumento de la flexibilidad significa una prdida de productividad y un mayor

costo unitario, sin embargo, las caractersticas del mercado condicionan cada da

ms a un sistema de fabricacin flexible.

La premisa fundamental es: Disear un proceso productivo tan rgido como sea

posible y tan flexible como sea necesario.

La flexibilidad no es un objetivo, sino un medio para conseguir la rentabilidad de la

empresa.

Detrs de las fbricas flexibles siempre se encontrarn equipos de produccin

eficaces, capaces de alcanzar productividad y costos parecidos a los de los sistemas

dedicados, polticas de racionalizacin y optimizacin de la produccin que permite

alcanzar niveles de productividad global.



EJERCICIO 1

Saber Hacer en la prctica (3 hrs.)

Establecer las condiciones para el control de un SFM Establecer las condiciones para el control de un sistema de CND

EJERCICIO

Responda las siguientes cuestiones:

1. Qu es el HBP?

2. Cul es la premisa fundamental de la flexibilidad?

3. Mencione los cuatro tipos de fbricas flexibles que existen.

4. Qu es la Reconversin?

Identifique las caractersticas de la fbrica tradicional (FT) y fbrica moderna (FM)

Proceso por lotes Variedad limitada de productos Plantas menores Gestin e informacin intensiva Economa de mbito Enriquecimiento del puesto de trabajo Productos bajo demanda Los stocks para desacoplar las etapas del proceso Plantas multi misin Gestin con informacin por excepcin Mantener los equipos Plantas descentralizadas Plantas centralizadas Operaciones sin personal Stock cero Economa de escala Inspeccin de la calidad Flujos continuos Grandes factoras Cadenas equilibradas

De los siguientes problemas aconseje alguna (s) solucin (es).

Problema Posible solucin (es) No se tiene en Stock el producto solicitado Los costos no son competitivos. La calidad de los productos es baja. No hay mucha variedad de productos Identifique la rentabilidad de las empresas (RE) y la flexibilidad (F)

Calidad y fiabilidad Integracin del producto Disminucin de la mano de obra Anlisis estructurados de gastos La tcnica Just in time Reduccin de tiempos de preparacin Predicibilidad y confiabilidad Elimina barreras funcionales Estudio de procesos de mecanizado Automatizacin de procesos. Aumento de productividad Estandarizacin de mtodos



TAREA: Investigar los conceptos de: Productividad, evaluacin automtica, Just in time, Mquinas transfer, CAD-CAM, Manufactura clase mundial (MCM) y Stocks.

ANOTE SUS CONCLUSIONES:



III Control numrico

CAD-CAM OBJETIVO PARTICULAR DE LA UNIDAD Utilizar sistemas CAD / CAM HABILIDADES POR DESARROLLAR EN LA UNIDAD Saber utilizar sistemas CAD / CAM

Saber en la Teora (10 hrs.)

3.1. CONTROL NUMRICO POR COMPUTADORA

DEFINICIN Y COMPONENTES DEL CNC. IMPORTANCIA, VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL CNC. MTODOS DE PROGRAMACIN DE UNA MQUINA CNC.

Las mquinas de Control Numrico (CN) son mquinas automticas de corte. Sus

antecesoras, las mquinas convencionales, presentan varias diferencias respecto a estas.

El Control Numrico (CN) se define como:

Un sistema por medio del cual se proporciona a una mquina herramienta una

serie de instrucciones como el cambio de posicin y velocidad. Estas rdenes son

almacenadas en programas, las cuales son procesadas por medio de un circuito

electrnico.

El programa, como se ver posteriormente, esta formada por un lenguaje especial

que contiene una serie de instrucciones que son convertidas en rdenes por medio de

voltajes, y se accionan mediante las tarjetas de control. La secuencia del programa sigue

una lgica que va de acuerdo a la trayectoria de la herramienta de corte, dichas

trayectorias de la herramienta determinan el tipo de mquina que lo trabaja.



As se tienen:

Fresadoras CNC. Son mquinas automticas capaces de maquinar superficies planas fresado. Su herramienta es una fresa.

Tornos CNC. Mquinas automticas capaces de trabajar en superficies de revolucin: torneado. Su herramienta es un buril, pastilla o insertos.

Centros de maquinados. Pueden realizar operaciones de torneado y fresado.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS MQUINAS CNC

VENTAJAS DESVENTAJAS Ahorro de tiempos muertos Mano de obra calificada Ahorro de tiempos de trabajo Alto costo inicial Eliminacin de guas, plantillas y elementos de referencia

Personal ms capacitado para el mantenimiento mecnico - electrnico

Cambio rpido y fcil del tipo de trabajo Mayor consumo de energa Produccin uniforme Mayor espacio e instalaciones especiales Facilidad en el control de la produccin Organizacin excelente Mayor precisin Necesidad de guardar programas Mayor produccin y poco mantenimiento Mayor informacin normalizada Reduccin de piezas de repuesto Mayor responsabilidad Control de calidad no muy riguroso Equipo delicado Mejores acabados Refacciones fuera del pas Poco desperdicio de material Programacin especializada Poca fatiga del personal Herramientas especiales Programacin rpida



3.2. REDES EN CNC Y PLCS CONEXIN DE REDES EN CNC Y PLCS.

EL PLC: Se entiende por Controlador Lgico Programable (PLC), o Autmata Programable,

a toda mquina electrnica, diseada para controlar en tiempo real y en medio industrial

procesos secuenciales. Su manejo y programacin puede ser realizada por personal

elctrico o electrnico sin conocimientos informticos. Realiza funciones lgicas: series,

paralelos, temporizaciones, conteos y otras ms potentes como clculos,

regularizaciones, etc.

Tambin se le puede definir como una "caja negra" en la que existen unos

terminales de entrada a los que se conectarn pulsadores, finales de carrera, fotoclulas,

detectores; unas terminales de salida a los que se le conectarn bobinas de contactores,

electro vlvulas, lmparas, de tal forma que la actuacin de estos ltimos est en funcin

de las seales de entrada que estn activadas en cada momento, segn el programa

almacenado.

Esto quiere decir que los elementos tradicionales como rels auxiliares, rels de

enclavamiento, temporizadores, contadores... etc., son internos. La tarea del usuario se

reduce a realizar el "programa", que no es ms que la relacin entre las seales de

entrada que se tienen que cumplir para activar cada salida.

Toda empresa industrial, como productora de bienes, se encuentra sometida a un

entorno altamente competitivo no slo en cuanto sirve al mercado nacional, sino a que

extiende su actividad en el mbito internacional. Para crecer, o aun ms para subsistir, se

ve en la necesidad de adaptarse con rapidez a las exigencias del mercado, intentando

adelantarse a sus competidores; es un entorno cambiante en el que la planificacin

necesaria se hace tanto ms difcil cuanto ms amplo es el horizonte temporal que

contempla.

Hasta ahora la automatizacin de mquinas y procesos ha permitido mejorar la

productividad, la disminucin de costos, y la mejora de la calidad de los productos. Pero



esto no es suficiente cuando, por ejemplo un producto no obtiene el xito esperado o su

ciclo de vida resulta acortado por la aparicin de un producto sustituto. De ello se derivan

unos costos que no han podido ser absorbidos por la automatizacin tradicional.

Un proyecto de automatizacin integrada requiere una elaboracin muy detallada

que defina las necesidades actuales y los objetivos de la empresa. Si el proyecto est

bien definido podr empezar por la automatizacin de reas de produccin bien

determinadas para la posterior integracin; lo que ser de particular inters para las

empresas ya establecidas que persiguen su modernizacin.

Por esta razn es interesante que aquellos que de alguna forma intervienen en las

decisiones y acciones que afectan el sistema productivo, adquieran un conocimiento

sobre los equipos que la tecnologa actual pone a disposicin de la automatizacin

integrada. El controlador lgico programable es uno de estos equipos, y por ello, es un

equipo que vale la pena conocer.

VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL PLC

No todos los Autmatas ofrecen las mismas ventajas sobre la lgica cableada, ello

es debido, principalmente, a la variedad de modelos existentes en el mercado y a las

innovaciones tcnicas que surgen constantemente. Tales consideraciones nos obligan a

referirnos a las ventajas que proporciona un Autmata de tipo medio.

VENTAJAS DEL PLC Las condiciones favorables que presenta un PLC son las siguientes:

1. Menor tiempo empleado en la elaboracin de proyectos debido a que

No es necesario dibujar el esquema de contactos. No es necesario simplificar las ecuaciones lgicas ya que, por lo general, la

capacidad de almacenamiento del mdulo de memoria es lo suficientemente

grande.

La lista de materiales queda sensiblemente reducida, y al elaborar el presupuesto correspondiente eliminaremos parte del problema que supone el

contar con diferentes proveedores, distintos plazos de entrega, etc.



2. Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni aadir aparatos.

3. Mnimo espacio de ocupacin.

4. Menor costo de mano de obra de la instalacin.

5. Economa de mantenimiento. Adems de aumentar la fiabilidad del sistema, al

eliminar contactos mviles, los mismos autmatas pueden detectar e indicar

averas.

6. Posibilidad de gobernar varias mquinas con un mismo Autmata.

7. Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar reducido el

tiempo de cableado.

8. Si por alguna razn la mquina queda fuera de servicio, el Autmata sigue siendo

til para otra mquina o sistema de produccin.

INCONVENIENTES DEL PLC.

Como inconvenientes podramos hablar, en primer lugar, de que hace falta un

programador, lo que obliga a adiestrar a uno de los tcnicos en tal sentido.

Pero hay otro factor importante, como el costo inicial, que puede o no ser un

inconveniente, segn las caractersticas del automatismo en cuestin. Dado que el PLC

cubre ventajosamente un amplio espacio entre la lgica cableada y el microprocesador,

es preciso que el proyectista lo conozca tanto en su amplitud como en sus limitaciones.

Por tanto, aunque el costo inicial debe ser tenido en cuenta a la hora de decidirnos por

uno u otro sistema, conviene analizar todos los dems factores para asegurarnos una

decisin acertada.

CONFIGURACION DE UN PLC

Por configuracin del PLC se entiende la estructura que adopta su sistema fsico,

esencialmente la unidad de control, el sistema de entradas/salidas y la memoria de la

mquina, a fin de adaptarlo a las particularidades de la aplicacin. Existen bsicamente

dos configuraciones posibles:

Estructura compacta (control centralizado) Estructura modular (control distribuido)



En el primer caso, una sola CPU o unidad central de proceso soporta varios

mdulos entradas/salidas, que contienen exclusivamente interfaces E/S. Puesto que estos

mdulos no pueden funcionar de forma autnoma, el control queda centralizado en la

CPU nica.

Los Sistemas de control distribuido tienen varios mdulos con sus propias

unidades de proceso y en general con sus propias interfaces E/S.

ARQUITECTURA INTERNA DE UN PLC

Se componen de tres bloques principalmente:

La seccin de entradas. La unidad central de proceso. La seccin de salidas

PLC bsico.

La seccin de entradas, mediante la interfaz, adapta y codifica de forma

comprensible por la CPU las seales procedentes de los dispositivos de entrada, esto es,

pulsadores, finales de carrera, sensores, tambin tiene la misin de proteccin de los

circuitos internos del PLC, realizando una separacin elctrica entre estos y los sensores.

La unidad central de proceso interpreta las instrucciones del programa del usuario y en

funcin de los valores de las entradas, activa las salidas deseadas.

La seccin de salidas, trabaja en forma inversa a la de entrada, es decir,

decodifica las seales procedentes de la CPU y manda con ellas los dispositivos de salida

o actuadores, como lmparas, rels, contactores, electro vlvulas etc., aqu tambin

existe proteccin de los circuitos internos,

Unidad Central

de Proceso

Seccin de salidas

Seccin

de Salidas

Dispositivos de entrada o Sensores

Dispositivos de salida o actuadores



PROGRAMACIN DE UN PLC

Para lograr que un PLC tenga control sobre una mquina o proceso es necesario

que se le defina una secuencia de rdenes con las que se fija la forma en que las

entradas actuaran sobre las salidas. Para definir la secuencia de ordenes al PLC se

emplea un lenguaje de programacin; este lenguaje se puede definir como el conjunto de

smbolos y textos que sirven para recuperar y enviar informacin al PLC.

Para lograr una adecuada programacin de un PLC es necesario seguir una serie

de pasos:

Determinar que debe hacer el sistema de control y en que orden (por ejemplo,

mediante un diagrama de flujo, una descripcin literal, etc.)

Identificar los componentes (seales) de entrada y salida del automatismo. Representar mediante un modelo el sistema de control, indicando todas las

funciones que intervienen, las relaciones entre ellas y la secuencia que debe

seguir. Esta representacin puede ser algebraica o grfica.

Asignar direcciones de entrada/salida a cada uno de los componentes que aparecen en el modelo.

Codificar la representacin anterior en instrucciones o smbolos apropiados para la programacin.

Transferir las instrucciones al PLC. Depurar el programa.

La programacin del PLC se realiza a partir de una representacin de la mquina o

proceso y de su control. La representacin puede ser:

Proposicional: descripciones literales. Algebraica: funciones Booleanas y aritmticas. Grfica: esquemas de rels, diagramas lgicos, ordinogramas etc.



En general ninguna forma de representar es estrictamente superior al resto,

depende en cada caso de la complejidad del problema a representar y a quien va dirigida

la utilizacin de una u otra. Incluso es frecuente el empleo combinado de todas ellas en la

representacin final.

Figura 3.1. Esquema de entradas y salidas de un PLC.



3.3. CONTROL ADAPTATIVO. DEFINICIN DE CONTROL ADAPTATIVO APLICADO A CNC.

La automatizacin de una mquina o proceso productivo simple tiene como

consecuencia la liberacin fsica y mental del hombre de dicha labor. Se denomina

automatismo al dispositivo fsico que realiza esta funcin controlando su funcionamiento.

Todo sistema automtico por simple que parezca tiene el objetivo de controlar la

respuesta de una mquina o proceso productivo, sin que el operador intervenga

directamente sobre sus elementos de salida. Dicho operador manipula nicamente las

magnitudes de las seales denominadas de consigna y el sistema de control se encarga

de gobernar dicha salida a travs de los accionamientos.

Cuando un sistema de control se encarga de tomar ciertas decisiones ante

determinados comportamientos de la mquina o proceso, se habla de un sistema

automtico de control. Para ello se requiere la existencia de sensores que detecten el

comportamiento de dicha mquina o proceso y de unas interfaces para adaptar las

seales de los sensores a las entradas del sistema de control. Este tipo de sistemas se

denomina de lazo cerrado ya que su diagrama muestra un retorno o retroalimentacin

formando un lazo de control.

Figura 3.2. Sistema automtico de lazo cerrado

En los automatismos encontramos habitualmente una diversidad de componentes

o subsistemas de tipo mecnico, hidrulico, neumtico, elctrico. Se trata pues de

sistemas que combinan mltiples tecnologas, haciendo necesario un lenguaje comn

para la coordinacin e integracin optima de todas ellas en el sistema.

Automatismo o Parte de control

Mquina o proceso operativo

Sensores

ActuadoresTrabajo

Ordenes de

Seales de



Los sistemas de control pueden clasificarse en dos grandes grupos: Sistemas cableados Sistemas programables. Los primeros realizan una funcin de control fija que depende de los componentes que lo

forman y de la forma en que se han interconectado. Por tanto, la nica forma de alterar la

funcin de control es modificando sus componentes o la forma de interconexin.

Los sistemas programables, en cambio, pueden realizar distintas funciones de control sin

alterar su configuracin fsica, sino solo cambiando el programa de control.

Tipo Familia tecnolgica Subfamilia especifica Lgica

cableada Elctrica Rels electromagnticos

Electro neumtica Electro hidrulica Electrnica Electrnica esttica

Lgica Programada

Sistemas informticos: Microprocesadores o microcontroladores

Electrnica Microsistemas Autmatas Programables

Opciones tecnolgicas 3.4. CAD/CAM

DEFINICIN DE CAD/CAM. IMPORTANCIA EN LA PRODUCCIN. CONCEPTO DE CIM.

ANTECEDENTES HISTORICOS

El desafo constante que toda industria tiene planteado para ser competitiva ha

sido el motor impulsor del desarrollo de nuevas tecnologas para conseguir una mayor

productividad.

Debido a que ciertas etapas en los procesos de fabricacin se realizan en

ambientes nocivos para la salud, con gases txicos, ruidos, temperaturas

extremadamente altas o bajas, etc., unido a consideraciones de productividad, llev a

pensar en la posibilidad de dejar ciertas tareas tediosas, repetitivas y peligrosas a un ente

al que no pudieran afectarle las condiciones ambientales adversas: haba nacido la

mquina y con ella la automatizacin.



Surgieron empresas dedicadas al desarrollo de los elementos que hicieran posible

tal automatizacin; debido a que las mquinas eran diferentes y diferentes las maniobras

a realizar, se hizo necesario crear unos elementos estndar que, mediante la combinacin

de los mismos, el usuario pudiera realizar la secuencia de movimientos deseada para

solucionar su problema de aplicacin particular

Rels, temporizadores, contadores..., fueron y son los elementos con que se

cuenta para realizar el control de cualquier mquina. Debido a la constante mejora de la

calidad de estos elementos y la demanda del mercado, que exiga mayor y mejor calidad

en la produccin, se fue incrementando el nmero de etapas en los procesos de

fabricacin controlados de forma automtica.

Comenzaron a aparecer problemas: los armarios de maniobras o cajas en donde

se coloca el conjunto de rels, temporizadores, y dems elementos constitutivos del

control, se hacan cada vez ms y ms grandes, la probabilidad de avera era enorme, su

localizacin, larga y complicada, el stock que el usuario se vea obligado a soportar era

numeroso y el costo del mismo se incrementaba cada vez ms.

El desarrollo tecnolgico que trajeron los semiconductores primero y los circuitos

integrados despus intentaron resolver el problema sustituyendo las funciones realizadas

mediante rels por funciones realizadas con puertas lgicas.

Con estos nuevos elementos se gan en fiabilidad y se redujo el problema del

espacio, pero no as la deteccin de averas ni el problema del mantenimiento de un

stock. De todas maneras, subsista un problema: la falta de flexibilidad de los sistemas.

Debido a las constantes modificaciones que las industrias se vean obligadas a realizar

en sus instalaciones para la mejora de la productividad, los armarios de maniobra tenan

que ser cambiados, la consiguiente prdida de tiempo y el aumento del costo que ello

produca.

En 1968, Ford y General Motors impusieron a sus proveedores de automatismos

unas especificaciones para la realizacin de un sistema de control electrnico para

mquinas tranfer. Este equipo deba ser fcilmente programable, sin recurrir a las

computadoras industriales ya en servicio en la industria.



A medio camino entre estos microcomputadores y la lgica cableada aparecen los

primeros modelos de Autmatas, tambin llamados controladores lgicos programables

(PLC's) Limitados originalmente a los tratamientos de lgica secuencial, los Autmatas se

desarrollaron rpidamente, y actualmente extienden sus aplicaciones al conjunto de

sistemas de control de procesos y de mquinas.

CAMPOS DE APLICACIN

La constante evolucin del hardware y software ampla continuamente este campo

para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus

posibilidades. Su utilizacin se da fundamentalmente es aquellas instalaciones en donde

es necesario realizar procesos de maniobra, control, sealizacin, etc., por tanto, su

aplicacin abarca desde procesos de fabricacin industrial de cualquier tipo al de

transformaciones industriales, control de instalaciones, etc.

Sus reducidas dimensiones, la extrema facilidad de su montaje, la posibilidad de

almacenar los programas para su posterior y rpida utilizacin o alteracin de los mismos,

etc., hace que su eficiencia se aprecie fundamentalmente en procesos en que se

producen necesidades tales como:

Espacio reducido. Procesos de produccin peridicamente cambiantes. Procesos secuenciales. Maquinaria de procesos variables. Instalaciones de procesos complejos y amplios. Chequeo de programacin centralizada de las partes del proceso.

Ejemplos de aplicaciones generales podran ser los siguientes:

a) Maniobras de mquinas

Maquinaria industrial del mueble y madera. Maquinaria en proceso de grava, arena y cemento. Maquinaria en la industria del plstico. Mquinas-herramientas complejas. Maquinaria en procesos textiles y de confeccin.



Maquinaria de ensamble Mquinas transfer.

b) Maniobras de instalaciones.

Instalaciones de aire acondicionado, calefaccin, etc. Instalaciones de seguridad.

Instalaciones de fro industrial.

Instalaciones de almacenamiento y trasvase de cereales. Instalaciones de plantas embotelladoras. Instalaciones en industria de automocin. Instalaciones de tratamientos trmicos Instalaciones de plantas depuradoras de residuos. Instalaciones de cermica.

c) Sealizacin y control.

Chequeo de programas. Sealizacin del estado de procesos.



EJERCICIO 2

Saber Hacer en la prctica (25 hrs.)

Identificar mquinas con CNC. Realizar programas para manipular una mquina CNC. Conectar mquinas CNC y PLCs en red. Establecer las condiciones para el control de un sistema de CND Utilizar un sistema CAD/CAM

DESCRIPCIONES LITERALES

La descripcin del proceso y su control puede hacerse con la enumeracin literal

de las acciones a desarrollar por el mismo, expuestas secuencialmente y con indicacin

de las condiciones de habilitacin o validacin en cada caso.

La ventaja de estas descripciones, que es a su vez su principal inconveniente, es

la ausencia de rigor en la exposicin: cualquier persona, an poco calificada desde el

punto de vista de la automtica, es capaz de explicar lo que debe hacer un proceso que

conozca.

Figura 3.3. Descripcin literal

El operador pulsa los mandos manuales c y d y se reanuda el ciclo Apriete de la pieza por

medio del cilindro A. Verificacin de este

apriete por la presin comprobada por el manmetro A.

Bajada de la cabeza del taladrado B y rotacin R del taladro.



FUNCIONES ALGEBRAICAS.

La funcin algebraica de cada salida o funcin de mando puede obtenerse

directamente a partir de las especificaciones del cliente o bien derivarse de ellas

aplicando mtodos de sntesis basados en el lgebra de Boole. Esta representacin

puede ser tan compleja como sea necesario, siempre y cuando se respeten las reglas del

lgebra. Por ejemplo, la alarma S debe activarse cuando el contacto C este cerrado y los contactos A y B en estados opuestos. La funcin Booleana ser:

S = (A B' + A B) C

ESQUEMA DE RELS.

El esquema de rels es la representacin grfica de las tareas del automatismo

mediante smbolos de contactos abierto - cerrado. La funcin de control obtenida

depender de las conexiones entre los distintos contactos de los rels que intervienen.

Figura 3.4. Descripcin por rels

Diagramas lgicos

La representacin del sistema de control por diagramas lgicos se basa en el

empleo de smbolos normalizados (compuertas) que representan funciones lgicas



directas del lgebra de Boole (AND, OR, etc.) o sistemas lgicos ms complejos

(biestables, registros, contadores, etc.)

Figura 3.5. Descripcin por compuertas.

Diagramas de flujo

Extensamente utilizado por los diseadores de software para PC, el modelo

emplea una simbologa de bloques, convenientemente entrelazados que representan la

evolucin temporal o condicional de las acciones a ejecutar.

Ciertamente para describir el funcionamiento general, puede no serlo tanto cuando

se intenten representar las variables y seales que intervienen y las relaciones entre ellas,

a no ser que el modelo se complete con expresiones algebraicas.

Figura 3.6. Descripcin por diagrama de flujo

Arrancar

Leer la posicin del encoder

Llego a la

posicin

Continuar el movimiento del

tDetener el

V F

automatización y robótica

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