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Sergio Chico González

DESARROLLO DE UN PUESTO DE ENVASADO AUTOMATIZADO, BASADO EN ACCIONAMIENTOS ELECTRONEUMÁTICOS,

Y PUESTA EN MARCHA VIRTUAL DEL MISMO

Tutor: Juan de Juanes Márquez Sevillano

Julio 2015

TRABAJO FIN DE GRADO

Grado en Ingeniería en

Tecnologías Industriales

AGRADECIMIENTOS

A mi tutor del Trabajo de Fin de Grado, el Dr. Ing. Juan de Juanes Márquez, por ofrecerme

la oportunidad de trabajar en un tema de actualidad, en el sector de la fabricación y la

ingeniería de procesos.

A Rodrigo Pablos Bejarano, por su valiosa información sobre sistemas de comunicación

entre dispositivos.

A mis padres, hermano, y Eva Felipe, por su constante apoyo durante el desarrollo del

proyecto.

RESUMEN

i

RESUMEN

INTRODUCCIÓN

En el mercado actual, sobre todo en el sector industrial, los clientes exigen cada vez más

innovación pero también buscan un buen precio, un tiempo de entrega lo más ajustado

posible, respeto con el medioambiente y una alta fiabilidad del producto.

Por estas razones, el ciclo de vida de los productos se va acortando y, por tanto, aquel que

no sea capaz de depurar al máximo el proceso de producción se puede ver fuera del

mercado. Por otro lado, y consiguiendo un resultado opuesto, la tendencia actual es al

manejo de cada vez más datos en un proyecto. Del intento de mejorar esta situación

problemática surge el concepto de emulación o virtual commissioning.

La emulación es ir un paso más allá de la simulación. Se trabaja con una réplica de la

realidad, lo que permite la validación del hardware y el software en un entorno virtual,

acortando los procesos de corrección de errores, validaciones contractuales y la obtención

de la capacidad de producción de la planta real, gracias a la gran cantidad de pruebas que

se puede realizar sobre la virtual.

OBJETIVOS

En este trabajo se desarrollará una metodología que permita aplicar estas ideas a una

planta industrial, llevando a cabo la puesta en marcha virtual de una planta de botes de

pintura. Este proyecto surge en el departamento de Fabricación pero incluye también

conocimientos de ingeniería de sistemas, automática y diseño. Teniendo en cuenta esto, se

mirará hacia unos objetivos:

Una de las principales ventajas que supone el uso de la emulación es que la fase de

verificación se puede adelantar. Siguiendo con esta línea, uno de los objetivos que

se busca al desarrollar esta metodología es poder empezar a trabajar en la

ingeniería de sistemas mucho antes de lo que se hace en un proyecto convencional,

intentando implementarla en la propia fase de diseño. De esta forma, posibles

errores que surjan pueden ser solventados de manera temprana, ahorrando costes.

Mediante el empleo del Virtual Commissioning se busca acortar la puesta en marcha

de la célula de fabricación, de forma que la necesidad actual de poner el producto a

disposición del cliente lo antes posible se vea satisfecha.

Se pretende ahondar en el manejo de las herramientas de fabricación digital, que

permitan desarrollar este tipo de metodología.

El objetivo final del proyecto es desarrollar un demostrador de esta metodología o

emulador. Se pretende con ello demostrar que hay varios enfoques posibles para

RESUMEN

ii

poner en práctica el virtual commissioning, además de poder ser ejecutado

aprovechando los recursos tecnológicos de los que dispone la empresa.

PUESTA EN MARCHA VIRTUAL DE UNA PLANTA DE BOTES DE

PINTURA.

El transcurso de este apartado pretende tener un enfoque práctico. Se va a ir desarrollando

un emulador de manera paralela a las distintas fases de aplicación del virtual commissioning

en la práctica industrial. De esta manera, un esquema de la puesta en marcha virtual será:

Fig 1. Esquema del emulador en correspondencia con las etapas del proyecto

Diseño de la planta 3D

Para el diseño de la planta de botes de pintura, como para cualquier otra fase de diseño, se

han seguido una serie de pasos con el objetivo de cumplir los requisitos necesarios para una

buena emulación. La planta a estudiar puede ser dividida en dos subcélulas: célula de

tapado y célula de envasado. Para cada una de ellas el procedimiento ha sido el mismo.

Un primer paso es conocer la tecnología existente para saber cómo se realiza en la industria

actual, aquello que se va a intentar representar en un entorno virtual. Una vez se tiene una

idea previa, se puede comenzar con la realización de unos primeros croquis, en los que

queden plasmados los accionamientos que se utilizarán, así como un primer layout de la

planta.

Los siguientes pasos pueden discernir de unos proyectos a otros pero, en este caso, dado

que la planta virtual debe ser lo más real posible, la estrategia será utilizar el mayor número

de elementos comerciales posible. De este modo, se consigue un ahorro de costes y un

ahorro de tiempo de diseño. La selección de estos elementos se debe realizar en primer

lugar, dado que los fabricantes suelen ofrecer una gama determinada, a la cual se deberán

amoldar los demás elementos del diseño.

RESUMEN

iii

Por tanto, para la obtención de la planta virtual, se han empleado elementos comerciales, a

los cuales se han añadido otros diseñados durante el transcurso del proyecto. El resultado

de esta fase debe proporcionar una planta virtual, que será proyección de una planta real,

cuyo funcionamiento será simulado al final del estudio.

Programación del PLC y diseño de HMI

La fase de ingeniería de sistemas, o de programación de los PLCs, puede sufrir variaciones

respecto de un método de trabajo convencional o secuencial. Mientras que en un proyecto

normal, la fase de programación de los sistemas se viene haciendo posteriormente a tener

la planta física construida y montada, con el virtual commissioning se adelanta a la fase de

diseño.

Esto conlleva numerosas ventajas: se da un trabajo colaborativo entre ingenieros de diseño,

de fabricación y de sistemas, de forma que los errores son resueltos mucho antes, cuando

los costes son menores. Una vez el diseño proporciona las primeras pautas, el código del

PLC puede desarrollarse.

La lógica del PLC se ha programado siguiendo un lenguaje KOP, o diagrama ladder,

procurando enfocarla hacia una futura puesta en marcha virtual. Esto significa que las

variables empleadas se considerarán internas al sistema, y que estarán adaptadas a un

posterior desarrollo de HMI.

Este HMI (Interfaz Hombre Máquina), será un panel de control desarrollado durante el

proyecto, que ejercerá de enlace entre el control de la planta y un supuesto operario de

planta. Dado que hoy en día se tiende a la automatización de los puestos de producción, se

trata de una herramienta imprescindible, que permite, tanto conocer el estado de la planta,

como interactuar con ella estableciendo los diferentes estados de funcionamiento de la

célula.

Cinemática de la planta

La siguiente parte, también fundamental, es la dotación de movimiento a la planta virtual

diseñada en la primera parte del proyecto. Toda emulación requiere de un procesamiento de

datos, pero a diferencia de un estudio teórico, debe proporcionar una salida, visual o no, que

permita cotejar los resultados. Para este caso, el movimiento de los distintos accionamientos

neumáticos y motores eléctricos permitirá comprobar si el funcionamiento de la planta es el

adecuado o no.

Para poder extrapolar los datos aquí obtenidos a la planta real, el movimiento de la planta

virtual debe seguir la lógica del PLC. Por ello, mediante el software utilizado en esta parte,

se debe generar una lógica, utilizando GRAFCET, que a su vez sea capaz de seguir la

lógica del PLC.

Se debe llevar a cabo una configuración de los diferentes movimientos, que serán admitidos

en la planta. En este caso, serán dotados de movimiento los accionamientos neumáticos

(stoppers, cilindros y guías neumáticas) y los motores eléctricos. Para conseguir que el

RESUMEN

iv

emulador funcione correctamente, cada uno de los movimientos permitidos debe ir asociado

a una variable del PLC o a una combinación de ellas.

Conexión de las distintas partes

Hasta ahora, se han desarrollado los bloques principales de los que consta el emulador, que

permitirá llevar a la práctica el virtual commissioning. Pero no sería posible llegar al

entendimiento de las partes, sin las conexiones o vínculos que se explican a continuación.

Uno de los problemas que puede surgir es la dificultad de exportación de información por

parte del PLC virtual. La programación del PLC se llevó a cabo mediante TIA Portal,

software de Siemens y se utilizó PLCSim como PLC virtual. Este simulador de PLC no es

capaz de exportar las variables, por lo que se debe establecer un camino de conexión

alternativo con la planta virtual, diseñada en Catia pero configurada en Delmia.

Se va a utilizar una tecnología OPC, que puede definirse como un conjunto de estándares

de comunicación, en el campo de control y supervisión de procesos industriales. Esta

tecnología, en otras palabras, hace posible el intercambio de información entre distintos

dispositivos o sistemas de automatización. Será un lugar intermedio, en el cual, el PLC debe

volcar la información, y al cual, Delmia deberá acceder para utilizarla.

Desde el lado del PLC virtual, se debe posibilitar que el controlador pueda exportar sus

variables al OPC, para ello, se hace necesario el uso de otra herramienta informática,

Nettoplcsim. Desde el otro lado, la conexión planta virtual-OPC tampoco es directa: se han

de definir unos puertos en Delmia, que sirvan de conexión entre la lógica en GRAFCET de la

planta y las variables volcadas en el OPC, por parte del PLC.

Puesta en marcha virtual

Como resultado final de todas estas conexiones, se tiene un demostrador de una forma de

trabajar basada en el virtual commissioning o verificación virtual. En la siguiente imagen se

puede ver cómo a través del HMI, se podrá realizar la puesta en marcha virtual de la planta

de tapado y envasado de botes de pintura.

Fig 2. Puesta en marcha virtual de la planta

RESUMEN

v

CONCLUSIONES

Del desarrollo de este proyecto se pueden extraer algunas conclusiones, tanto a nivel de

ejecución como intentando extrapolar ideas y resultados a futuros estudios:

Se puede tener que hacer frente a varias dificultades, como ha ocurrido en este

trabajo, pero gracias a esta metodología de trabajo, se pueden solucionar en una

fase del proyecto en la cual, no suponen un aumento elevado de los costes ni un

retraso en el plazo de finalización previsto.

Para aprovechar las ventajas del virtual commissioning, es importante ser estrictos a

la hora de proyectar la realidad en las diferentes herramientas informáticas. Cuanto

mayor sea la semejanza entre el mundo real y el virtual, la obtención de resultados

será más rápida y, además, estos resultados serán más fácilmente extrapolables a

la realidad.

El método desarrollado en esta memoria puede resultar útil en situaciones diferentes

y, atendiendo a esto, la manera de aplicarlo puede ser diferente. Cuando se quiere

empezar desde cero un proyecto industrial, puede ser beneficioso el adentrarse en

el virtual commissioning empleando un entorno totalmente virtual (como el que es

objeto de estudio en este proyecto). Cuando se pretende llevar a cabo una

modificación o una ampliación, también encontraremos útil esta herramienta pero,

en este caso, puede emplearse una combinación de elementos virtuales con

elementos físicos, aprovechando las ventajas que ofrece cada parte.

Uno de los principales objetivos de la aplicación de estas metodologías es,

precisamente, el adelantar la salida del producto al mercado, adaptándose a los

ciclos de vida más cortos y a un mercado cada vez más exigente.

A nivel de trabajo, la ejecución de este proyecto ha requerido el empleo de gran

cantidad de herramientas informáticas, ampliamente utilizadas en el sector

industrial, y que abarcan varias ramas de la ingeniería dentro de un proyecto.

Palabras Clave: PLC, HMI, Virtual Commissioning, OPC, puesta en marcha virtual.

Códigos UNESCO: 331001, 331005, 331101, 331117, 331322

Desarrollo de un puesto de envasado y puesta en marcha virtual.

Sergio Chico González 1

Índice de contenidos

1. INTRODUCCIÓN .............................................................................................................. 3

1.1 Emulación .............................................................................................................. 4

1.2 Situación actual del Virtual Commissioning. ...................................................... 5

1.3 Nuevas aportaciones ............................................................................................ 7

2. OBJETIVOS ...................................................................................................................... 9

3. METODOLOGÍA ..............................................................................................................11

3.1 Catia v5 r21 ................................................................................................................11

3.2 TIA Portal v13 ............................................................................................................15

3.2.1 Características y ventajas de TIA Portal frente a otros programas de

automatización ..............................................................................................................16

3.2.2 Programación del PLC. Lenguaje KOP .................................................................20

3.3 S7-PLCSIM .................................................................................................................20

3.4 OPC Server ................................................................................................................22

3.4.1 KEPServerEx .......................................................................................................23

3.4.2 OPC SIEMENS. SIMATIC NET ............................................................................24

3.5 Net To PLCSim ..........................................................................................................24

3.6 Delmia v5r21 ..............................................................................................................25

3.6.1 Fabricación digital.................................................................................................25

3.6.2 Gestión, planificación y optimización de las operaciones de la fabricación ...........26

3.6.3 Otras funcionalidades ...........................................................................................26

4. DESARROLLO DE LA PUESTA EN MARCHA VIRTUAL ...............................................29

4.1 Diseño 3D de la célula de tapado y envasado. .......................................................29

4.1.1 Subcélula de tapado .............................................................................................30

4.1.2 Subcélula de envasado ........................................................................................39

4.1.3 Visión general .......................................................................................................43

4.2. Programación del PLC .............................................................................................47

4.2.1 Programa real .......................................................................................................47

4.2.2 Programación de PLC enfocada al desarrollo del emulador .................................51

4.2.3 Estados del sistema .............................................................................................59

4.3 Diseño y desarrollo del HMI .....................................................................................60

4.3.1 HMI MP 277 10” Touch ........................................................................................60

4.4 Dotación de movimiento al diseño 3D .....................................................................64

4.4.1 Definición de los mecanismos. .............................................................................65

4.4.2 Definición de la lógica de movimiento. GRAFCET. ...............................................66

4.5 Conexión de la planta con el PLC ............................................................................70

4.5.1 Conexión PLC-OPC Server ..................................................................................70

4.5.2 Conexión OPC-Planta virtual ................................................................................75

4.6 Puesta en marcha virtual de la planta de botes de pintura ....................................78

5. CONCLUSIONES ............................................................................................................81

6. IMPACTO SOCIAL DEL PROYECTO..............................................................................83

2 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, UPM

7. PLANIFICACIÓN TEMPORAL ........................................................................................85

8. PRESUPUESTO ..............................................................................................................89

9. BIBLIOGRAFÍA ...............................................................................................................91

10. Índice de figuras ...........................................................................................................93

11. Índice de tablas ............................................................................................................94



1. INTRODUCCIÓN

Este trabajo surge de la enorme competitividad existente en el entorno empresarial. Las

empresas deben luchar por mantenerse en una posición de liderazgo dentro del sector

correspondiente. Esto es aún más acusado en el sector industrial. En una era en la que la

tecnología avanza a un ritmo vertiginoso, la innovación por parte de nuevas empresas está a

la orden del día. Cada vez más, los clientes exigen innovación, pero además buscan un

buen coste, un tiempo de entrega lo más ajustado posible, respeto con el medioambiente y

una alta fiabilidad del producto.

Como consecuencia de lo anterior, el ciclo de vida de los productos se va acortando y por

tanto, aquel que no sea capaz de depurar al máximo el proceso de producción se puede ver

fuera del mercado. Una de las cosas en las que se debe trabajar es precisamente el propio

proceso.

Según un estudio realizado por la ‘German Association of Machine Tool Builders’, el proceso

de prueba o testeado1 en un sistema de producción ocupa en torno a un 15-25% del tiempo

total de proyecto (A). De este tiempo de comprobaciones, el 90% es debido a los

dispositivos eléctricos y de control (B). A su vez, de este tiempo, casi el 70% se dedica a

corregir errores en el software de control (C). Es decir, del tiempo que se dedica a

comprobaciones en un sistema de producción, prácticamente el 60% se debe a la corrección

de errores en el software.

Fig 1. Contribución del software de control en el retraso del proyecto

Lo que se obtiene de estos datos es que aquél que sea capaz de reducir este porcentaje,

conseguirá una ventaja competitiva gracias a la reducción del tiempo de proyecto.

1 A lo largo del texto, cuando nos refiramos a este proceso de testeo, hablaremos de commissioning.


La tendencia de las empresas en la búsqueda de la optimización de procesos y mejora del

producto es a la introducción de mayor información tecnológica. A modo de ejemplo,

mientras que en décadas anteriores, en el diseño de piezas se trabajaba sobre todo con

geometría, en estos momentos se trabaja con mucha más información en el propio software

de diseño; se añade información tecnológica: material de la pieza (densidad), acabados

superficiales, comportamiento mecánico, etc. Esto se traduce en una mayor complejidad de

manejo de datos que, si se quieren incluir en el software de control, conseguiremos un

efecto contrario al deseado. Mayor complejidad llevará a mayor número de errores y a

mayor tiempo de comprobaciones.

Del intento de mejorar esta situación problemática surge el concepto de emulación2, que

forma parte de un nuevo conjunto de herramientas y cuyo objetivo es facilitar el acceso a la

información por parte de todos los departamentos de la empresa. La herramienta PLM3

busca precisamente la integración de tecnologías y la interoperabilidad. Se verá más

adelante cómo los principales desarrolladores de software de diseño tratan de desarrollar

este tipo de herramientas

1.1 Emulación

De la emulación se puede decir que es ir un paso más allá de la simulación. Mientras que

una simulación clásica trabaja con el análisis de un sistema, la emulación se centra tanto en

el software como en el hardware que intervienen en las operaciones de la instalación a

estudiar. A este conjunto software-hardware, se le suele denominar ‘Material Flow Control’

(MFC).

Para dejar más claras las diferencias entre emulación y simulación, se presenta la siguiente

tabla:

Simulación Emulación

Se trabaja con una abstracción del sistema real. Se suelen modelar los elementos básicos.

Se trabaja con una réplica del sistema real. Todos los elementos se modelan para una correcta validación de resultados.

Usado como identificador de cuellos de botella y para la obtención de medidas.

Usado para validación del software real, así como del hardware (PLCs)4

Trabaja en colaboración con el diseño del proceso y el equipo de análisis del flujo de material

Trabaja en colaboración con el diseño de proceso, equipo de análisis del flujo de material, ingenieros de control y desarrolladores de software.

Tabla 1. Diferencias entre simulación y emulación

La emulación tiene diferentes objetivos. Los más importantes se muestran a continuación:

2 También llamado Virtual Commissioning (VC) en la biliografía existente.

3 Product Lifecycle Management. Gestión de ciclo de vida del producto.

4 PLC: Programmable Logic Controller. Se desarrollará a lo largo del proyecto.



Validación del hardware y software.

La forma tradicional en que se validaba el MFC era a pie de máquina, una vez se

ponía en funcionamiento. Mediante la emulación, la validación tiene lugar en un

entorno virtual 3-D. De este modo, los ingenieros de desarrollo de software y control

pueden ver de inmediato los resultados. De esta manera se acorta el proceso de

validación y el tiempo total del proyecto como se verá más adelante.

Validaciones contractuales.

El desarrollo de software y hardware se basa en las especificaciones que hace el

cliente final. Mediante el emulador se puede visualizar el impacto que tienen las

nuevas especificaciones que puedan ir surgiendo durante el proyecto. Esto no solo

ayuda a optimizar el proceso sino que sirve para validar especificaciones concretas

que conllevan obligaciones contractuales.

Transparencia.

A través de la emulación se puede simplificar la validación mediante una

comprobación casi visual. Además, los diferentes grupos de interés (stakeholders)

suelen quedar más satisfechos si son capaces de ver un emulador de lo que será la

planta real antes de estar construida.

Obtención de la capacidad de producción.

Dado que se tiene la planta real emulada en un entorno virtual, la planta virtual

tendrá las características que supuestamente tendría la planta real (si se ha

realizado correctamente el trabajo). Gracias a esta propiedad, se pueden realizar

numerosas pruebas forzando las máquinas para obtener la capacidad máxima de la

planta, de una manera segura, tanto para trabajadores como para las propias

máquinas.

1.2 Situación actual del Virtual Commissioning.

Desde hace más de quince años, se ha buscado el desarrollo de herramientas de emulación

o virtual commissioning. Se trataba de comprobar los sistemas de fabricación y los

programas de control asociados (código de los PLCs) de un modo virtual, antes de que la

planta real estuviera en funcionamiento o incluso construida. Para poder poner en práctica el

VC, se requiere disponer de unas herramientas precisas que permitan reproducir una célula

de producción real. Es por ello, que es ahora cuando se está empezando a desarrollar de

una manera más eficiente, coincidiendo con el avance de las herramientas de diseño.

Tradicionalmente, para el desarrollo de una simulación, se necesitaba una lógica que

permitiera el estudio del comportamiento de la estación. El problema venía en el momento

en que esta lógica utilizada para la simulación no podía ser transferida directamente al

software del PLC. Por tanto, había que hacer un doble trabajo, lo que multiplica por dos los

posibles errores humanos. Además, resultaba muy difícil la verificación del programa del

PLC debido a la falta de integración con la simulación virtual.


El siguiente paso, por tanto, fue intentar solventar este problema. Volvo Car Corporation fue

una de las primeras empresas en involucrarse en el desarrollo del virtual commissioning,

buscando poder hacer todo el proceso de verificación de una manera virtual sin tener que

acudir a la propia fábrica. Se dieron cuenta de que reducían el tiempo previo a la producción

y que por tanto, podían dedicar más tiempo a lo que era la fabricación, propiamente dicha,

de los vehículos.

Esta, es una de las principales ventajas de aplicar la emulación. Queda reflejada en la

siguiente figura.

Fig 2. Impacto positivo de la emulación en la línea de tiempo de proyecto

A pesar de las ventajas que parece tener el empleo de la emulación en la empresa, a día de

hoy, no todas las empresas siguen este tipo de sistemas, sobre todo si hablamos de

pequeñas empresas, las cuales no pueden acceder a las posibles mejoras económicas dado

que no están dispuestas a realizar la inversión necesaria en software e investigación.



Ya se mencionó que compañías automovilísticas como Volvo, Audi o Mercedes fueron de

las primeras en darse cuenta de la ventaja competitiva que suponía el virtual commissioning.

Actualmente, aquellas empresas manufactureras que, como dijimos al principio, quieren ser

capaces de mantenerse en el mercado, empiezan a trabajar de este modo.

1.3 Nuevas aportaciones

Una vez conocido el marco en el que se trabajará, se va a ver en qué consistirá el contenido

de este trabajo y en qué puntos se centrará, tratando de referenciarlo respecto al estado

actual de la tecnología.

Hay cuatro maneras principales de enfocar la fase de verificación antes de la puesta en

marcha de la planta:

(1) Verificación tradicional empleando tanto el sistema de control real como el sistema a

automatizar real.

(2) Hardware-in-the-Loop (HIL), en el que se utiliza un sistema de control o PLC real

pero una planta simulada.

(3) Reality-in-the-Loop (RIL), en el que se emplea un Sistema PLC simulado y una

planta real.

(4) Software-in-the-Loop (SIL) en el que tanto el PLC como la planta son virtuales.

Fig 3. Distintos enfoques de la fase de verificación: 1: Tradicional; 2: HIL; 3: RIL; 4: SIL


En este trabajo se va a realizar un desarrollo de la forma SIL, dado que se trabajará con un

PLC virtual (PlcSim5) y con una planta simulada. A lo largo de este proyecto, se va a

desarrollar un emulador para un puesto de tapado y envasado de botes de pintura; se va a

realizar la puesta en marcha virtual de la célula mediante el empleo del virtual

commissioning ejecutado de una manera poco habitual. Como se ha dicho anteriormente,

todo será virtual dado que no se va a contar con PLCs reales y, además, se integrarán

distintos softwares de distintas compañías.

El esquema que se sigue para la realización de la puesta en marcha virtual es el siguiente:

Fig 4. Esquema del emulador de la célula de tapado y envasado de botes de pintura

5 Se desarrollará más en profundidad en Metodología



2. OBJETIVOS

Este trabajo surge en el departamento de Fabricación aunque incluye también

conocimientos de ingeniería de sistemas, automática y diseño. Como se ha comentado

anteriormente, en el trabajo se llevará a cabo la puesta en marcha virtual de un puesto de

tapado y envasado de botes de pintura.

Para la construcción del emulador, se siguen una serie de pasos que se desarrollarán a lo

largo del proyecto, pero siempre mirando hacia unos objetivos:

Como ya se comentó en el apartado 1.2, una de las principales ventajas que supone

el uso de la emulación consistía en que la fase de depuración y verificación se podía

adelantar, de modo que se reducía considerablemente el tiempo general de

proyecto. Acorde con esto, uno de los objetivos de este trabajo es desarrollar una

metodología (es importante recalcar que, a pesar de que luego se ponga en práctica

a través de un emulador concreto, el objeto principal es el estudio de una

metodología) que permita empezar a trabajar en la ingeniería de sistemas de

fabricación mucho antes de lo que se ha estado haciendo hasta ahora. Se debe

intentar implementar en la misma fase de diseño de la planta. De este modo,

posibles errores que puedan surgir, podrán ser solventados desde etapas tempranas

del proyecto, sin necesidad de esperar a que la planta esté en funcionamiento. Algo

a tener en cuenta es que en un proyecto, realizar un cambio en una fase tardía es

más costoso que realizarlo en una etapa anterior.

En la introducción se hizo referencia a la competitividad del mercado y a la

necesidad de poner el producto a disposición del cliente lo antes posible. Es por ello

que, mediante el desarrollo de la metodología comentada en el punto anterior, se

busca acortar el tiempo de puesta en marcha de la célula de fabricación. A pesar de

que en este proyecto el concepto de virtual commissioning se vaya a aplicar a un

sistema de fabricación, esto abre muchas puertas a su uso en diferentes ámbitos

científico-tecnológicos como pudiera ser la medicina.

Se quiere ahondar en el manejo de las herramientas de fabricación digital, que

permitan desarrollar este tipo de metodología, centrando los esfuerzos en aquellas

que permitan llevar a cabo la puesta en marcha virtual de un sistema de fabricación.

Otro objetivo de este trabajo, aquél que se ha llevado gran parte del tiempo de

ejecución del proyecto, es el desarrollo de un emulador o demostrador basado en

aplicaciones comerciales, que se presentarán a lo largo del documento. Se quiere

con esto demostrar que hay varias opciones de poner en práctica el virtual

commissioning y que no es un método cerrado con pocas posibilidades. De hecho,

en este trabajo se mezclarán herramientas de distintas compañías (Siemens,

Dassault Systèmes, Kepware Technologies), intentando demostrar que se puede

intentar abordar el virtual commissioning desde distintos puntos de vista y que por

tanto es algo que la empresa puede intentar ponerlo en práctica con los recursos de

que dispone.



3. METODOLOGÍA

Cuando se habla de emulador, se debe aclarar que no se trata de una sola aplicación que

se desarrolla por un departamento sino que, como ya se comentó en la introducción (Tabla

1), integra el trabajo de varios departamentos y por lo tanto integrará distintas herramientas.

Fig 5. Integración de etapas en Virtual Commissioning

3.1 Catia v5 r216

Catia es un programa de diseño que se basa en la plataforma 3DEXPERIENCE de Dassault

Systèmes.

Dassault Systèmes ha decidido desarrollar sus productos v6 de un modo diferente a lo que

ha venido haciendo hasta ahora. Todas las versiones anteriores trabajan con ficheros, es

6 V5: Versión 5; r21: Release 21, indica el número de actualización dentro de una misma versión.

Fig 7. Catia Fig 6. Plataforma 3DExperience


decir, el trabajo realizado se va guardando en archivos de distintas extensiones, que se

almacenan en el ordenador de trabajo o en un elemento de memoria externa. De este modo,

cuando se quería compartir información se tenía que compartir el archivo completo junto con

todos los archivos de los que dependía. Este modo de trabajo ha cambiado, pues la versión

v6 trabaja contra una base de datos. Con esto se consigue que toda la información se

encuentre reunida en un único sitio pudiendo dar distintos permisos de acceso a la distinta

información, atendiendo al puesto de trabajo de cada uno de los trabajadores.

A pesar de las ventajas que parece tener Catia v6, en este trabajo se usa Catia v5 r21, dado

que no son necesarias estas características para el desarrollo que se quiere llevar a cabo.

Las soluciones de CATIA Engineering permiten crear cualquier tipo de ensamblajes 3D para

prácticamente todo proceso de ingeniería, motivo por el cual es una herramienta muy buena

para la recreación del sistema de fabricación real.

Ofrece una serie de ventajas concretas muy útiles para el desarrollo del trabajo:

Se pueden crear todo tipo de piezas en 3D, así como croquis en 2D y 3D básicos o

ensamblajes industriales completamente detallados.

Diseño relacional irrompible: Se trata de una forma de gestionar los vínculos entre

los objetos y los comportamientos relacionados en ensamblajes configurados. Ésta

es una característica muy importante que ahorra mucho tiempo al diseñador,

permitiendo actualizar un conjunto mediante la actualización de piezas concretas de

ese ensamblaje.

Dispone de muchos módulos diferentes que permiten al diseñador aprovecharse de

características de diseño propias de algún tipo de piezas concretas como por

ejemplo moldes, chapas, instalaciones eléctricas o el nuevo módulo de yeso.

Fig 8. Módulo Mechanical Design



Además de diferentes módulos de diseño, Catia dispone de gran variedad de

módulos que permiten añadir información al modelo. Se puede añadir, por ejemplo,

información tecnológica y de fabricación mediante el módulo de Knowledgeware o

información cinemática mediante DMU.

Fig 9. Módulo Knowledgeware

Catia se puede convertir en una herramienta de simulación por sí misma. Mediante

módulos de Machining se pueden hacer simulaciones de fabricación, haciendo

funciones de CAM, o simulaciones de movimiento de conjunto. En este caso, la

función que permite añadir cinemática o simular no se usará, ya que como se verá

más adelante, se utiliza otro software de la compañía Dassault Systèmes que es

específico para ello.

La función que cumple Catia en este proyecto es la de realizar el diseño de una célula

industrial; la célula de tapado y envasado de botes de pintura. Para ello, los módulos

concretos con los que se va a trabajar son:


Fig 10. Sketcher

El Part Design y el Assembly Design, ambos dentro de Mechanical Design. Para el trabajo

con el Part Design, se puede trabajar de varias formas: cuando se quiere diseñar la pieza

desde cero, se trabaja con el sketcher, en el cual se realiza un primer boceto en un plano

para después aplicarle la operación adecuada para convertirlo en un sólido 3D (en este

caso, dado que también se puede trabajar con los propios bocetos o superficies). También

se puede trabajar con elementos normalizados, es decir, basándose en los propios archivos

que las empresas de componentes pueden ofrecer. Desarrollaremos este apartado más

adelante en el trabajo.

Se va a trabajar también con el Knowledge Advisor, dentro de Knowledgeware. Se utilizará

para establecer relaciones entre distintas piezas, de forma que si se modifica una de ellas,

cambiarán las demás. Mediante este módulo, se pueden establecer reglas, fórmulas o

parámetros que permiten añadir una componente tecnológica al diseño.

Fig 11. Knowledge advisor: Fórmulas, tabla de diseño y parámetros.



Cada cuerpo o pieza individual se guardará con una extensión .CATPart. Cada uno de estos

cuerpos está constituido por un conjunto de medidas y restricciones, las cuales se pueden

utilizar para establecer relaciones entre los distintos CATParts. En la figura 11 se puede ver

un ejemplo de aplicación de fórmulas, tabla de diseño y parámetros. Para el ejemplo del

emulador que se quiere desarrollar en este trabajo, se utilizarán las fórmulas para relacionar

por ejemplo, las dimensiones del suelo y de la pared de la instalación.

Una vez se tienen los distintos elementos que forman el conjunto, se trabaja con el

assembly design para establecer la posición relativa de las diferentes piezas formando el

conjunto final con la extensión .CATProduct. El diseño de las piezas se puede afrontar de

dos maneras diferentes: en primer lugar, generar los CATParts en el origen de coordenadas

de la pieza y después establecer su posición en el assembly utilizando el compás y la paleta

de restricciones. Otra opción es dibujar las piezas directamente atendiendo al origen de

coordenadas global del conjunto para no tener que recurrir al compás o restricciones. En el

sector aeronáutico se suele trabajar de esta manera debido al gran número de piezas de las

que dispone un avión.

Fig 12. Product en el assembly design.

3.2 TIA Portal v13

Con TIA Portal7, Siemens pone en práctica su visión de ofrecer un marco común de

ingeniería, que permite implantar soluciones de automatización en todos los sectores. Desde

la etapa de diseño, puesta en marcha, operación y mantenimiento, hasta la actualización de

soluciones de automatización, el uso de TIA Portal implica siempre un ahorro de tiempo,

costes y esfuerzos.

7 Totally Integrated Automation Portal.


3.2.1 Características y ventajas de TIA Portal frente a otros programas de

automatización

Con la nueva versión de TIA Portal, se ofrece al cliente una serie de ventajas, que hace ser

a Siemens el líder en el sector de la automatización industrial:

La vista del portal clara y orientada a las tareas hace el trabajo con TIA Portal más

intuitivo que en versiones anteriores. Además, se vuelve realmente fácil el

seleccionar los distintos dispositivos que se utilizarán en el proyecto.

La nueva interfaz permite configurar de forma más rápida y sencilla los distintos

componentes de automatización. Se permite la duplicación de módulos mediante la

función de arrastrar y soltar. Trabajar con el árbol del proyecto se torna más

asequible, permitiéndose guardar en librerías aquello que ha dado buenos resultados

para su uso en cualquier momento posterior. Estas cosas, que parecen no muy

modernas en comparación con otras tecnologías, son un avance hacia el trabajo

intuitivo del que carecían versiones anteriores de este tipo de programas.

Fig 13. Pantalla de inicio de TIA Portal



Fig 14. Selección de dispositivos

Posibilidad de transferir objetos rápidamente arrastrando con el ratón de un

controlador a otro. Es el propio software el que se encarga de asignar las direcciones

automáticamente. Además, se pueden reutilizar objetos en distintos paneles de

operador HMI8, desde los Panel a los Scada9.

La conexión entre distintos dispositivos se facilita bastante gracias a la opción de

poder establecer las conexiones pinchando directamente sobre los puertos

correspondientes de los dispositivos. A pesar de ser más cómodo, esta nueva

versión no pierde potencia técnica y permite un alto grado de personalización en

cuanto a redes se refiere.

Fig 15. Ejemplo de conexión entre PLC y HMI

8 Human Machine Interface (Interfaz Hombre Máquina).

9 Supervisory Control And Data Acquisition (Supervisión, Control y adquisición de datos).


Rápida creación y reproducción de variables. Trabajar con la tabla de variables de

TIA Portal resulta muy similar a trabajar con una tabla de Excel; se admite la función

de arrastrado de las celdas para la rápida creación de nuevas variables con sus

posiciones de memorias correspondientes. Otra posibilidad es la exportación e

importación de tabla de variables entre distintos proyectos, pudiéndose utilizar Excel

como intermediario.

Una vez introducidos, los datos siempre están actualizados y disponibles donde se

requieran. Si se modifica una variable en un lugar determinado, el software adapta

automáticamente las ubicaciones de la variable. Se crea una lista con todas las

apariciones de un objeto y siempre está disponible y actualizada. Por ejemplo, si se

modifica una variable en el programa del PLC, en el HMI se actualizará también

automáticamente.

Se admiten varios lenguajes de programación del controlador. Se mantienen los

típicos lenguajes KOP y FUP, además de AWL. Así mismo, ahora también se

admiten lenguajes de alto nivel como S7-SCL o S7-GRAPH para controles

secuenciales. Esto hace que se requiera menos código para el mismo programa y

que personas que conozcan PASCAL o C++ puedan programar los controladores.

Además, TIA Portal incluye el software WinCC Professional que permite la

programación con Visual Basic for Applications (VBA) scripts. Esto hace que el

programador pueda ser más creativo a la hora de configurar el HMI, haciéndolo más

vistoso e intuitivo para el trabajador que lo use a pie de planta.

Permite la programación de los PLCs de las familias S7-1500 y S7-1200, más

modernos que los S7-300 y S7-400. (En la figura 14 se observa cómo se puede

seleccionar el dispositivo de esta gama). Estos nuevos controladores tienen un

menor tiempo de scan por lo que se mejora el control del proceso. TIA Portal,

además, da la posibilidad de migrar antiguos proyectos programados en STEP 7 a

TIA Portal sin necesidad de reprogramar.

Se ofrece en todo momento una visión online del estado operativo de los autómatas.

El búfer de diagnóstico muestra avisos de forma clara y en texto implícito. Todo el

sistema de avisos puede ser configurado por el usuario.

Se consigue la integración de la seguridad sin discontinuidades con SIMATIC STEP

7 Safety. Trata de introducir a la programación de seguridad de una manera similar a

la programación normal. Utiliza un conjunto de librerías certificadas.

Consta de una herramienta denominada SINAMICS Startdrive, que facilita la

integración de los variadores de frecuencia que podemos seleccionar desde el

apartado de selección de dispositivos (Se puede apreciar en la figura 14).



Simatic S7-1500 Motion permite realizar la ingeniería de todas las aplicaciones con

un único configurador. Incorpora un panel de control y una función Trace10, lo que

favorece la comprobación y optimización de la aplicación.

De manera general, se puede decir por tanto que TIA Portal destaca por la integración de

todas sus capacidades, como muestra una de las imágenes con las que Siemens muestra

TIA Portal al mundo:

Fig 16. Concepción de TIA Portal

En la siguiente imagen se puede ver cómo se integran todos los dispositivos y tecnologías

de los que se ha hablado en este apartado:

Fig 17. Conexión de los distintos dispositivos

10

Herramienta de depuración, que permite detectar de una manera práctica valores indeseados de variables o verificar si alguna función está retornando el valor que se esperaba.


3.2.2 Programación del PLC. Lenguaje KOP11

Como ya se ha comentado anteriormente, TIA Portal admite diversos lenguajes de

programación. En este trabajo, la programación se ha llevado a cabo mediante el lenguaje

KOP. Este lenguaje tiene la ventaja de ser bastante automático y fácil de revisar a la hora de

buscar errores. Por el contrario, el proceso de escritura del programa puede conllevar más

tiempo que una programación en AWL.

Se verá en detalle más adelante, pero básicamente, en el esquema de programa, se podrán

incluir distintos bloques correspondientes a las principales operaciones tanto lógicas como

matemáticas: contadores, temporizadores, comparadores, etc.

Internamente, el programa asocia a cada elemento una variable, dependiendo del elemento

las variables serán de un tipo o de otro (booleanas, enteras, palabras,…). Las variables,

además de por el tipo, se numeran según la posición que ocupan en el PLC. Así por

ejemplo, la variable I0.1 indica que se trata de una variable de entrada física al PLC por el

rack 0 y posición 1.

3.3 S7-PLCSIM

S7-PLCSIM busca simular una CPU SIMATIC S7 con las imágenes de proceso

correspondientes. Se suele instalar como un complemento opcional del propio TIA Portal. El

programa que se quiere probar, se carga de manera idéntica a un hardware real en la CPU

S7 simulada y allí se ejecuta. La comunicación se basa en la interfaz PROSIM, que se

puede programar con objetos COM.

Fig 18. Interfaz PLCSIM

Mediante el uso de PLCSIM, la detección y corrección de errores de programación se

traslada a una fase temprana del desarrollo de programa. Esto permite:

Acelerar y reducir los costes de la primera puesta en servicio.

Incrementar la calidad del programa.

11

KOP, también conocido como esquema de contactos o ladder logic (en inglés).



Este simulador de PLC es compatible con todos los lenguajes de programación admitidos en

TIA Portal: KOP, FUP, AWL, S7-GRAPH, CFC, WinCC, etc. Además, es una herramienta

indispensable para aquellos que no dispongan de un PLC real (como es el caso de este

proyecto) durante el transcurso de la puesta en marcha virtual de una planta industrial.

A la hora de la simulación, se permite seleccionar el tipo de conexión que se utilizará:

Fig 19. Conexiones en PLCSIM

Además, PLCSIM permite mostrar por pantalla distintos módulos de variables usados en el

código: estado de variables de entrada supuestas físicas, de salida, marcas, variables

enteras asociadas a contadores y, por lo general, cualquier tipo de variables con las que

trabaja TIA Portal. Aquellas variables que sean de entrada podrán ser marcadas desde la

interfaz, es decir, PLCSIM cumple funciones tanto de lectura como de escritura.

Fig 20. Entradas y salidas en PLCSIM

Será uno de los pilares en los que se base la construcción del emulador para la puesta en

marcha virtual de la célula.


3.4 OPC12 Server

OPC es una especificación técnica basada en una tecnología de Microsoft denominada

OLE/ COM13, que define un conjunto de estándares de comunicación en el campo de control

y supervisión de procesos industriales. Esta tecnología hace posible el intercambio de

información y la interoperabilidad entre distintos dispositivos o sistemas de automatización y

control y software de fabricación.

Antes del desarrollo del OPC, a la hora del traspaso de información entre distintos

programas, se empleaban drivers concretos para cada herramienta. Esto conllevaba una

serie de problemas:

Cada software debía incluir un driver concreto para cada dispositivo hardware, dado

que no todos los hardware tenían las mismas características técnicas.

Si una vez establecida la conexión se realizaba algún tipo de cambio, podían surgir

incompatibilidades.

No se podían establecer dos conexiones simultáneas con un único dispositivo.

Fig 21. Problemas de comunicación antes de OPC

OPC define una interfaz abierta sobre la cual, los distintos elementos que se quieren poner

en contacto, intercambian la información. Hace la función de intermediario entre los

programas involucrados, siendo el sitio donde los programas pueden volcar su información

para que el otro programa la obtenga o viceversa. De una manera genérica, OPC resuelve

los problemas anteriores como se muestra en la siguiente figura:

12

OPC: OLE for Process Control. 13

COM: Component Object Model.



Fig 22. Soluciones del OPC

3.4.1 KEPServerEx

KEPServerEx es un OPC desarrollado por la empresa Kepware Technologies y será uno de

los empleados en este trabajo. Va a ser utilizado para la unión del programa de

automatización que, como ya se ha comentado será TIA Portal, y Delmia, el programa

empleado para la puesta en marcha virtual de la célula. La versión con las que se ha

trabajado es la v4.0.

KEPServerEx dispone de una interfaz en la cual se han de configurar una serie de opciones.

En primer lugar, se deben establecer los parámetros del PLC que se desea usar. En este

caso, como ya se dijo anteriormente, se trabajará con PLCSim. Además, se deben registrar

en el OPC las variables del PLC que se quieren poner a disposición de los otros programas.

Fig 23. Interfaz de KEPServerEx


La configuración de KEPServerEx para la automatización de la célula de tapado y envasado

de botes de pintura se verá posteriormente en el trabajo.

3.4.2 OPC SIEMENS. SIMATIC NET

Este OPC de Siemens, se instaló a la hora del desarrollo de la puesta en marcha virtual

porque era necesario para que la última parte del enlace, Delmia, fuera capaz de acceder a

la información que PLCSim había subido a KEPServerEx. Se utilizará la versión v12 pero no

es necesario realizar ninguna operación explícita; Delmia lo necesita internamente.

3.5 Net To PLCSim

Nettoplcsim es un programa que tiene como fin hacer de pasarela entre el simulador de

PLC, PLCSim, y otro programa externo, en este caso el OPC. El simulador de PLC o

PLCSim no es capaz de exportar su información al exterior como lo hacen otro tipo de

simuladores. Es por ello, que se ha de utilizar esta herramienta. El PLC simulado podrá ser

conectado a otras entidades como un OPC o Drivers de sistemas SCADA para conectarlos

a las HMI.

El procedimiento a seguir para su correcto funcionamiento es el siguiente: En primer lugar

se debe cargar el programa en el PLCSim. El PLCSim, asume la configuración del hardware

por lo que llevará asociada una dirección IP. El tipo de conexión que se debe indicar en el

PLC virtual es TCP/IP.

Una vez ha sido cargado, se debe ejecutar el Nettoplcsim. El programa utiliza el puerto 102

para realizar su función por lo que, si está en funcionamiento, se deberá parar para que el

programa funcione correctamente.

Fig 24. Aviso de uso de puerto 102



Fig 25. Puerto 102 parado

Una vez se prepara el puerto para poder trabajar, se debe configurar el dispositivo PLC, del

cual se quiere emitir la información. Para ello, se deberá establecer la dirección IP del PLC

virtual y la dirección IP de la red que se vaya a emplear. Cuando todo está en

funcionamiento se puede poner en marcha para que la conexión entre PLCSim y OPC se

lleve a cabo correctamente. Más adelante se verá cómo se ha llevado la configuración para

la simulación de la planta de botes de pintura.

3.6 Delmia v5r21

Al igual que Catia, Delmia pertenece a la plataforma 3DExperience desarrollada por

Dassault Systèmes. Todo aquello que se refiere a las versiones del sistema aplica del

mismo modo que para Catia.

Si se ven los objetivos que busca Delmia como programa, se asemejan mucho a lo que

busca el virtual Commissioning de manera más general. Todas las partes involucradas en el

proceso de fabricación, independientemente del nivel de experiencia o de conocimiento de

cada una de las etapas, pueden formar parte de una comunidad en la que todos los

trabajadores se guían por los mismos objetivos. De este hecho, surgen diferentes

funcionalidades de Delmia.

3.6.1 Fabricación digital

Mediante esta herramienta, se trata de dar un paso adelante en cuanto a eficacia en la

fabricación. Mediante la planificación, la simulación y la verificación de los procesos de

fabricación y producción globales, las manufactureras pueden ejecutar distintas pruebas de

manera virtual de la producción completa de la fábrica.

Dado que engloba más tareas aparte de la fabricación o mecanizado, se puede analizar

cómo los distintos diseños pueden satisfacer la demanda global. De esta manera, la

empresa puede ver su producto desde distintos puntos de vista y reaccionar de una manera

rápida a los cambios del sector que, como se ya se dijo al comienzo del trabajo, es uno de

los principales objetivos de hoy en día.


3.6.2 Gestión, planificación y optimización de las operaciones de la fabricación

Se busca la continua transformación y actualización de las operaciones de producción

globales, para lograr mantener el mejor nivel de resultados de una manera continuada en el

tiempo. Para ello, se busca un apoyo en la visibilidad, el control y la sincronización de las

operaciones de fabricación y de los procesos de la cadena de suministro.

Fig 26. Planta virtual

Delmia permite dar a las operaciones de fabricación un enfoque o perspectiva empresarial;

ayuda a los fabricantes a mejorar la flexibilidad operativa, lo que permite agrandar el abanico

de posibles proyectos y, por tanto, de posibles clientes.

La ventaja que se deriva de esta buena gestión de las operaciones es la aceleración en la

introducción, el diseño y la fabricación de nuevos productos. Además, permite una mejor

integración en tiempo real de los distintos departamentos, desde la producción hasta la

cadena de suministro. La industria actual tiende a coger este camino con el fin de aumentar

beneficios y exportar productos al extranjero, reduciendo residuos y, por tanto, costes.

3.6.3 Otras funcionalidades

Grandes empresas como Bombardier, ThyssenKrupp Steel o Hyundai Rotem utilizan Delmia

en el desarrollo de sus productos gracias a otras funcionalidades como pueden ser las de

ergonomía o robótica, ambas muy importantes en la ejecución de una planta de producción.

Mediante el módulo de ergonomía, se puede simular el trabajo de los operarios de la fábrica,

por ejemplo, lo que es muy útil para asegurar la accesibilidad a todos los lugares donde la

actuación de la persona es necesaria, o para asegurar una postura adecuada para el trabajo

sin lesiones. También se tiene un módulo de mecanizado, para poder simular el proceso de

fabricación propiamente dicho y el de robots, que es uno de los más utilizados dado que la

mayor parte de las plantas de producción de automoción o elementos pesados está

constituida por éstos.



Una parte importante del emulador de la planta de botes de pintura se llevará a cabo sobre

Delmia por lo que se verá con más profundidad y de una manera más práctica más

adelante.

Fig 27. Ergonomía en Delmia

Fig 28. Célula robotizada



4. DESARROLLO DE LA PUESTA EN MARCHA VIRTUAL

Para llegar a este punto, se ha situado el proyecto dentro de un marco o contexto, se han

establecido una serie de objetivos y se ha hablado de las herramientas necesarias para

llevarlo a cabo, pero es en este apartado donde se verá el desarrollo de la metodología de la

que se ha hablado. Se pretende poder unir los distintos conceptos que ya han sido utilizados

a través de las herramientas cuyas ventajas y características para el Virtual Commissioning

ya se han visto.

Se ha decidido orientar este apartado de una manera práctica de forma que las distintas

etapas del diseño industrial se vayan correspondiendo con las distintas etapas de desarrollo

del emulador de la planta de tapado y envasado de botes de pintura.

De esta manera, el esquema que se vio en la figura 4, se puede completar con las distintas

etapas del diseño:

Fig 29. Esquema del emulador en correspondencia con las etapas del proyecto

4.1 Diseño 3D de la célula de tapado y envasado.

Cuando se lleva a cabo el diseño de un producto, una máquina o una planta, se debe

realizar un estudio previo de la funcionalidad, aprovechando el conocimiento existente de la

tecnología. En este caso, se va a realizar el diseño de una célula de botes de pintura que

reúne dos subcélulas: tapado de los botes y envasado de los mismos en cajas.

Se ha llevado a cabo un estudio de la tecnología existente para esta finalidad, observando

las distintas opciones que siguen las empresas e intentando buscar una solución que pueda

ser reproducida en este proyecto. Se ha intentado buscar una solución que, aparte de ser

eficaz y eficiente en su tarea de tapado y paletizado de los botes, pueda servir para exponer

la metodología que se pretende con este trabajo; el Virtual Commissioning. Por ello, se


busca un diseño en el que los distintos accionamientos sean visibles, así como que el flujo

de producto siga una línea clara.

Por otro lado, el diseño 3D de la planta o célula a emular, como se recalcó en el apartado de

Emulación en la introducción, debe ser lo más real posible para poder trasladar los

resultados de la emulación a la realidad. Si se realizan muchas simplificaciones en el

modelo, la validación de los resultados requerirá de más trabajo. Por ello, en el diseño de

esta célula se ha intentado trabajar con elementos normalizados y comerciales, intentando

establecer las condiciones de la manera más real posible. Trabajar con elementos

comerciales conlleva, además, una serie de ventajas: muchas empresas de maquinaria

proporcionan modelos 3D de sus productos, de manera que se pueden incluir en un diseño

3D. De esta manera, las empresas se aseguran que si el proyecto se lleva a cabo, esos

productos virtuales se les compren a ellos.

Otra ventaja que se deriva de emplear elementos comerciales en el desarrollo de la planta

en 3D, es que se reduce mucho tiempo de trabajo y muchos costes pues no hará falta

dedicar horas de diseñador para reproducir en ordenador la máquina física.

4.1.1 Subcélula de tapado

Como se dijo anteriormente, la célula a emular se divide en una parte de tapado y en otra de

disposición de botes en cajas, cada una de la cual podría considerarse independiente. En

este caso el output de la célula de tapado será el input de la célula de paletizado.

El primer paso en el diseño de la célula fue estudiar la solución que seguían distintas

empresas en cuyo proceso se incluía el cerrado de algún tipo de bote. Para esta primera

parte, se decidió emplear un sistema similar al propuesto por la empresa Tecnoláctea SL14 .

Se llevan a cabo una serie de modificaciones de manera que el emulador sea más intuitivo.

Un posible modelo base, por tanto, podría ser el siguiente:

Fig 30. Tapado de botes, empresa Tecnoláctea

14

Empresa dedicada a la fabricación de maquinaria, ingeniería, automatización y robótica industrial

Stoppers y situadores

Cilindro

que

coloca la

tapadera

Guía por

donde vienen

los botes

Guía por donde vienen las

tapaderas

Sensor



Fig 31. Acción de tapado

Una vez se tenía una idea de cómo podía funcionar el proceso de tapado de botes, se

intentó trasladar la tecnología, o más bien particularizarla, a los botes de pintura. Antes de

llevar a cabo el diseño 3D con un software informático, se empezó realizando una primera

disposición en un croquis a papel.

Fig 32. Croquis del puesto de tapado

Una vez se tiene una idea previa de cómo debe ser el resultado, se debe identificar qué tipo

de máquinas se van a necesitar, qué tipo de accionamientos, cómo será la disposición final

de todos los elementos, etc.

El modo del que se empieza el diseño depende de cuáles son los objetivos del proyecto. En

este caso, y por las ventajas mencionadas anteriormente, se intentan buscar posibles

elementos comerciales que faciliten la tarea y proporcionen a la célula el realismo que tanto

exige el fin de seguir la filosofía de Virtual Commissioning. Por tanto, a la hora del diseño se

van a distinguir dos tipos de elementos: elementos comerciales y elementos diseñados

durante el transcurso de este proyecto.


4.1.1.1 Funcionamiento

El funcionamiento de la célula de tapado es bastante sencillo e intuitivo:

Por un lado, por la cinta larga se aproximan los botes de pintura que se suponen llenos en el

puesto anterior (y que se sale del estudio en este proyecto). Una vez el sensor inductivo los

detecta, hace avanzar el stopper de manera que el bote queda detenido. La cinta no se para

porque será compartida, por lo que el bote debe quedar bien sujeto para evitar oscilaciones

(ver estrechador en el apartado de elementos diseñados durante el transcurso del proyecto,

apartado 4.1.1.3).

Por otro lado, por la cinta corta se aproximan las tapaderas. Una vez el sensor

correspondiente detecta la presencia de una, para la cinta. En este caso, por tanto, no hará

falta ningún tipo de stopper. Cuando la tapa ha sido detectada y la cinta está parada, el

cilindro vertical se desplaza por la guía horizontal hasta situarse encima de la tapa.

Entonces, el cilindro se extiende y mediante una ventosa de vacío agarra la tapa. Una vez

tiene la tapadera, se desplaza de nuevo por la guía y se la coloca al bote que había

quedado detenido.

Cuando la tapadera ya ha sido colocada, el stopper del bote retrocede dejándolo pasar

hasta que llegue el próximo bote. Del mismo modo ocurre con la cinta de las tapaderas. Este

ciclo se repetirá continuamente.

4.1.1.2 Elementos comerciales

Son varios los elementos comerciales que se han empleado en el diseño de la subcélula de

tapado, sobre todo, los elementos de accionamiento neumático y perfilería de la instalación.

Es importante seleccionar los elementos comerciales antes de diseñar las otras piezas pues

las empresas proporcionan los elementos con una serie de medidas fijas, es decir,

normalmente no se permite al cliente seleccionar el tamaño exacto de los productos. Por

supuesto, sí se pueden seleccionar los parámetros principales de cilindros neumáticos,

motores, perfiles de aluminio, etc.



Elemento comercial

Elemento real Elemento Cad

Cilindro (Festo15) 1646799

DSBG-100-250-PA

Stopper (Festo) 2123090

DSBC-32-300-PPSA

15

Festo: Empresa de automatización basada en soluciones neumáticas y electrónicas.


Perfil (Bosch Rexroth)

100x100L

Rodless linear unit (Festo)

175139 DGPL-80-1000-PPV



Ventosa de vacío

(Festo) VAS-30-1/8-

SI-B

Patas (Bosch

Rexroth16) LEG SET SZ

1

Detalle Cad

BSZ= 352,5 mm A=2,5mm

MSZ= 1120 mm

Patas (Bosch

Rexroth) LEG SET SZ

L1

Detalle Cad

BSZ= 352,5 mm A=2,5mm

MSZ= 1280 mm

16

Perteneciente al grupo Bosch, Rexroth ofrece soluciones de automatización pero también provee de elementos auxiliares para el montaje de una instalación completa.


Sensor inductivo (Festo)

Motor para cinta (Bosch

rexroth) SLDASM.1

Tabla 2. Elementos comerciales (Tapado)

Los elementos comerciales han sido seleccionados atendiendo a dos factores:

Dimensiones: Los diferentes elementos deben tener un tamaño real y que permita

unir los distintos elementos sin que ninguno de ellos quede desproporcionado. Es el

caso de las patas de las cintas (patas de dos tamaños para obtener dos alturas

diferentes según transporte los botes o las tapaderas), de la perfilería de aluminio,

que sirve como sujeción para la rodless linear unit, y la medida de los cilindros, que

deben ser capaces tanto de coger las tapaderas como sujetarlas sobre los botes, o

parar el bote que viene por la cinta en el caso de los stoppers.

Características técnicas: En el caso de los cilindros, no solo importará el tamaño sino

la fuerza que puedan ejercer. Dado que el peso con el que van a trabajar es muy

pequeño respecto de sus posibilidades, la selección de cilindros se ha hecho

atendiendo al tamaño principalmente, y una vez seleccionado el tamaño buscando el

de menor fuerza. Para el motor de la cinta, se ha escogido uno de características

técnicas bajas-medias dado que no se busca transportar una carga muy pesada y de

manera muy rápida.



Dado que no todos los elementos proporcionados por las empresas proveedoras de

elementos de automatización son compatibles con las características concretas de la célula

de tapado, se han diseñado otros elementos que tratan de servir como auxiliares a los

comerciales.

4.1.1.3 Elementos diseñados durante el proyecto

Al contrario que en el apartado anterior, los elementos que se engloban en este punto han

sido diseñados enteramente durante el diseño de la planta de botes de pintura.

Se pueden encontrar desde pequeñas piezas de utillaje o soportes hasta la cinta

transportadora. A continuación se muestran estos elementos así como una breve

explicación de por qué se ha optado por el diseño personal en vez de seleccionar un

elemento comercial.

Soporte sensor

inductivo

Soporte que se utiliza para sujetar el sensor inductivo que detecta las tapaderas que vienen por su cinta correspondiente. Se engancha directamente al perfil de aluminio. El sensor inductivo puede ir acoplado en el agujero que está mecanizado al final de la pieza y sujeto con sus tuercas.

Estrechador o guía

Se trata de unas piezas auxiliares cuya función es estrechar el ancho de la cinta a la altura del stopper. De esta forma, el bote queda posicionado tanto longitudinal como lateralmente. En la imagen de la célula real, se puede ver cómo se emplean dos cilindros para posicionar el bote, de esta manera, se reducen los costes que supone añadir un cilindro más. Además, se opta por esta solución en vez de emplear una cinta más estrecha para no limitar la capacidad de trabajo de la célula; la cinta tiene capacidad para transportar botes de distintos diámetros.


Cinta

Se ha optado por realizar el diseño de la cinta porque no se han encontrado cintas comerciales que cumplan con las dimensiones exigidas por esta planta. Para su diseño sí se han utilizado las patas de Bosch Rexroth. Se han hecho dos tamaños diferentes de cinta: una más larga que será la que transporta los botes y otra más corta, para las tapaderas. Además, la más larga será la que se encargue de llevar los botes tapados al siguiente puesto. Otra cinta corta se utilizará en el puesto de envasado para el transporte de las cajas llenas de botes. La cinta larga está provista de tres pares de patas mientras que la corta tiene dos. El agujero que tiene en el extremo sirve para poder acoplar el motor. El material de la cinta debe tener una rugosidad que permita desplazar los elementos por fricción.

Soporte para motor

Soporte ideado para sujetar el motor que provee de movimiento a la cinta. El soporte solo se podrá utilizar con el

motor seleccionado dado que el diámetro del soporte se corresponde

con el diámetro del motor.

Soporte cinta larga



Este soporte es una estructura auxiliar encargada de sujetar los elementos que ejercerán alguna acción sobre la cinta larga. Dado que la cinta larga es compartida por la célula de tapado y por la célula de envasado, será soporte para los stoppers de ambas partes. Además, también tendrán agujeros mecanizados para poder acoplar los sensores inductivos encargados de detectar la presencia de los botes. Tiene un perfil complementario al de la cinta por lo que, además de soportarse gracias a las patas, va enganchado a la cinta de manera el posicionamiento relativo sea el mejor posible.

Soporte cilindro

Es un elemento intermedio entre la rodless linear unit y el cilindro. El cilindro queda acoplado a la guía a través de este elemento

Tabla 3. Elementos diseñados (Tapado)

4.1.2 Subcélula de envasado

Del mismo modo que se ha visto la célula de tapado, se procede a continuación con la

célula de envasado de los botes de pintura en cajas. En este caso, se ha estudiado la

tecnología utilizada por la empresa IPLA17 para el paletizado de botes. En el diseño de la

célula que se realiza en este proyecto, los botes de pintura se guardarán en cajas de 9x9 en

vez de emplear palés.

Fig 33. Envasado, empresa IPLA

17

Empresa dedicada a la automatización y maquinaria de fabricación, especializada en el movimiento y paletización de todo tipo de envases.

Ventosa de vacío


Fig 34. Disposición de los botes, empresa IPLA

Siguiendo los mismos pasos que para la anterior célula, posteriormente al estudio de la

tecnología se hizo un primer croquis a mano para tener una primera idea de la distribución

de los accionamientos.

Fig 35. Croquis del puesto de envasado

Como ya se puede intuir en esta primera aproximación, se emplearán una serie de

elementos comerciales. Aparte de utilizar algunos elementos ya vistos en el proceso de

tapado, se necesitarán otros nuevos que permitan cumplir con las funciones que se esperan

de este puesto.

4.1.2.1 Funcionamiento

Para este puesto de envasado de los botes, se toman los propios botes tapados en el

puesto anterior como input.

Según van pasando los botes, el sensor inductivo los va detectando y haciendo, mediante el

avance de tres stoppers, que se vayan deteniendo en fila de tres. Cuando los tres botes



están posicionados correctamente, un cilindro vertical se desplaza por la guía hasta situarse

encima. Entonces el cilindro se extiende y con un utensilio de vacío agarra los tres botes.

Cuando los tres botes están agarrados, se suben y, mediante el motor rotativo que va

acoplado en el extremo del vástago, se giran 90º. En esta posición, el cilindro se desplaza

por la guía y deposita los tres botes en una fila de la caja de 9x9. Cuando han sido

depositados, el cilindro sube, el motor rotativo vuelve a su posición original y la caja avanza

por la cinta la distancia que permitirá al cilindro depositar los tres botes siguientes en el

siguiente ciclo.

4.1.2.2. Elementos comerciales

Dado que la estructura general del puesto es similar al anterior, se han utilizado elementos

que ya han sido descritos en el puesto anterior:

Cilindro 1646799 DSBG-100-250-PA.

Stopper 2123090 DSBC-32-300-PPSA.

Perfil de aluminio 100x100L

Rodless linear unit 175139 DGPL-80-1000-PPV.

Ventosa de vacío VAS-30-1/8-SI-B

Patas LEG SET SZ 1

Patas LEG SET SZ L1

Sensor inductivo

Motor para cinta SLDASM.1

Además, se ha empleado un motor rotativo

Elemento comercial Elemento real Elemento CAD

Motor rotativo

Tabla 4. Elementos comerciales (Envasado)

4.1.2.3 Elementos diseñados durante el proyecto

Al igual que con los elementos comerciales, hay elementos diseñados que ya fueron

empleados en el puesto de tapado y que aquí se vuelven a emplear. Son:

Cinta


Soporte para motor

Soporte cinta larga

Soporte cilindro

Los elementos diseñados para este nuevo puesto son:

Estrechador o guía para tres botes

Por la misma razón por la que se diseñó una guía para el anterior puesto, ahora se diseña una pero para tres botes. La distancia de separación entre botes deberá ser igual a la separación que tendrán las ventosas y la misma de la caja donde se deben colocar.

Guía lateral cinta caja

Dado que la caja en la cual se deben introducir los botes es más ancha que la cinta, se ha diseñado una guía que se coloca a ras de la cinta y cuyas dimensiones son tales que la caja va ‘encajonada’ sobre las guías. Es una solución que se suele utilizar en la industria pero adaptada a las necesidades de la cinta empleada.

Soporte ventosas

Es un soporte que va cogido al eje de salida del motor rotativo. Tiene tres agujeros mecanizados para introducir las tres ventosas que se utilizarán para sujetar los tres botes de pintura tapados. Como se dijo anteriormente, la distancia entre las ventosas debe ser proporcional a la distancia entre los agujeros del estrechador o de la caja.



Contenedor

Se trata de un contenedor que se situará al final de la cinta larga. Si hay algún fallo en el transcurso del ciclo y falla algún stopper o la cinta, los botes se depositarán aquí en vez

de caer al suelo.

Soporte motor

rotativo

Es un elemento intermedio entre el vástago del cilindro vertical y el motor rotativo. El acoplamiento de ambos elementos se realiza a través de esta pieza.

Tabla 5. Elementos diseñados (Envasado)

4.1.3 Visión general

Una vez se tienen los elementos que componen las células de tapado y envasado de botes

de pintura, se debe pasar al montaje general de la planta. Para ello, se utilizará el módulo

Assembly Design de Catia.

En el apartado 3.1 de metodología, se habló de los enfoques posibles a la hora del montaje

de un conjunto. Dado que se han empleado piezas comerciales y piezas diseñadas, todas

ellas se han referenciado respecto del origen local de coordenadas. Es por ello que para el

montaje, se deben utilizan las restricciones que ofrece Catia para la situación relativa de las

distintas piezas (Parts), así como el compás.

Fig 36. Elementos básicos para montaje del product

Entre las restricciones posibles se pueden encontrar las de coincidencia, distancia entre

cuerpos, elemento fijo, restricción de contacto, etc.


Para la simulación total de la planta también se han diseñado los propios botes de pintura y

la caja:

Bote de pintura

Bote destapado

Tapadera

Caja

Tabla 6. Elementos generales

Tras aplicar todo lo mencionado hasta ahora, el resultado de diseño de la planta de tapado y

envasado de botes de pintura queda de la siguiente forma:

Fig 37. Planta general. Vista 1

Diámetro: 149 mm

Altura: 150 mm



Fig 38. Planta general con paredes

Fig 39. Zona de tapado


Fig 40. Zona de envasado

Fig 41. Planta general. Vista 2



4.2. Programación del PLC

A la hora de desarrollar un proyecto, se le puede hacer frente desde dos puntos de vista

distintos. Por un lado, se puede emplear una aproximación secuencial, lo que significa que

las distintas etapas se van sucediendo una detrás de otra; es decir, hasta que no acaba una

no empieza la siguiente. Esto puede llevar a una falta de comunicación entre departamentos

y, además, alarga el proyecto en el tiempo.

Por otro lado, se puede utilizar una aproximación colaborativa, lo que supone el

solapamiento entre las distintas partes del proyecto, siendo la comunicación entre

departamentos mucho más fluida y fructífera.

De esta manera, antes de dar por concluido el diseño 3D de la planta de botes de pintura, se

empezó con la programación de los PLCs encargados de otorgar movimiento, y una lógica a

este movimiento. A pesar de acercarse a un trabajo colaborativo, el solapamiento entre

etapas debe obedecer a algún factor: el inicio de la programación de los PLCs no podrá

empezar hasta que no se conozcan factores importantes como recorridos de los

accionamientos neumáticos, potencia y velocidad máxima de motores o cintas, tamaño y

disposición final de las máquinas, etc.

Conocidos todos los datos imprescindibles para dar comienzo a desarrollar el código de los

PLCs, se plantean dos programas distintos, o más bien, dos programas con distinto alcance.

En primer lugar, se desarrolló una lógica capaz de dar movimiento a la planta real, esto es,

empleando sensores reales, tanto inductivos para determinar la presencia de botes y

tapaderas como sensores de fin de carrera de cilindros o guías. Una vez se comprobó que

el funcionamiento con el programa completo era el deseado, se introdujeron una serie de

simplificaciones para ayudar al desarrollo del emulador sin necesidad de disponer de

sensores reales.

4.2.1 Programa real

El código de PLC debe representar y llevar a cabo el funcionamiento descrito en los

apartados 4.1.1.1 y 4.1.2.1 de funcionamiento de las dos subestaciones. A partir de este

momento, la célula se empieza a tratar como un todo y, por tanto, no se harán distinciones

de ejecución entre el puesto de tapado y el de envasado.

A continuación se muestran algunas partes del programa de PLC desarrollado siguiendo un

esquema Ladder o KOP. Esta primera aproximación no se realizó en el software TIA Portal

sino que se utilizó otro programa de Siemens llamado Automation Studio. Como se podrá

ver, el seguimiento de programa resulta más complicado de realizar en comparación con el

diseñado en TIA Portal, que al fin y al cabo es el que se implementará en el emulador.


Fig 42. Esquema Ladder planta real



Para poder comprender el esquema, se adjunta también la tabla de variables, en la cual se

especifica la correspondencia de cada una de ellas con las entradas del PLC. Como se

puede observar, se trata de variables reales dado que los sensores e interruptores son

elementos físicos que necesitan de la periferia física del PLC. Esta es una de las principales

diferencias que se tiene respecto del programa de PLC orientado a la emulación.

Fig 43. Tabla de variables PLC Planta real

Posteriormente, se podrán ver, además de la ya mencionada diferencia, otros aspectos que

difieren en la numeración de las variables en TIA Portal.

4.2.2 Programación de PLC enfocada al desarrollo del emulador

Una vez se consigue reproducir el funcionamiento de la planta real de botes, en este

apartado se podrá ver una manera de simplificar el código para acercarnos al objetivo de

desarrollar un emulador, que escenifique la puesta en marcha virtual de la célula.

Las simplificaciones que se realizan en este proyecto son la consecuencia de realizar todo el

proceso de una manera virtual, sin disponer de ninguno de los elementos reales. Como ya

se dijo en la introducción al Virtual Commissioning, en el proceso de emulación se trata de

trasladar la realidad a un modelo lo más exacto posible. Por ello, si este trabajo fuera un

proyecto real de una empresa, el código a utilizar sería aquél que definiera exactamente las

condiciones operativas de los accionamientos. Con este desarrollo, se trata de definir un

posición tarjeta PLC Elemento mecánico Descripción

IN 0 sensor A+ sensor final de carrera cilindro corredera 1

IN 1 sensor A- sensor cilindro corredera 1 recogido

IN 2 B+ sensor final de carrera cilindro corredera 2

IN 3 B- sensor cilindro corredera 2 recogido

IN 4 C1+ corredera 1 en posición adelantada

IN 5 C1- corredera 1 en posición recogida

IN 6 C2+ corredera 2 en posición adelantada

IN 7 C2- corredera 2 en posición recogida

IN 8 SCL1 Sensor presencia de bote para poner tapa

IN 9 SCL2 Sensor cuenta botes detenidos

IN 10 ST Sensor tapaderas

IN 11 SC Sensor cajas

IN 12 arrancar cinta larga

IN 13 arrancar cinta tapas

IN 14 arrancar cinta cajas

IN 15 D+

OUT 1 Corredera 1

OUT 2 Corredera 2

OUT 3 Cilindro corredera 1

OUT 4 cilindro corredera 2

OUT 5 cilindro para botes 1




OUT 9 Cinta larga

OUT 10 Cinta tapas

OUT 11 Cinta cajas

OUT 12 motor rotativo


camino en una metodología en investigación y en auge, utilizando además una salida visual

para poder comprobar el resultado del estudio. Es por ello que el código que se

implementará tendrá simplificaciones. Los resultados obtenidos serán extrapolables a

cualquier funcionamiento definido, por complejo que sea.

La automatización del comportamiento de la célula se puede llevar a cabo de dos formas

distintas, atendiendo al grado de simplicidad: la primera de ellas consiste en temporizar (o

automatizar) los sensores. De esta forma los accionamientos se moverán atendiendo a las

señales temporizadas de los sensores. La segunda de ellas consiste en temporizar

directamente los accionamientos. De esta manera, a nivel de programa es como si no

existieran sensores en la planta. En este caso, se ha optado por la primera de ellas.

La programación en TIA Portal, como se verá a continuación, es más clara y ordenada. El

esquema KOP se separa en segmentos, permitiendo añadir comentarios a cada uno de

ellos. Adicionalmente, dado que se trabaja con la versión v13, se han usado diversos

elementos convencionales, pero con un comportamiento mejorado. Un ejemplo de esto son

los contadores o los temporizadores: la forma de procesado de datos es diferente a la que

usaban los antiguos elementos, pudiéndose observar en el ladder de la figura 42 de

Automation Studio.

A continuación, se muestran algunos de los segmentos más importantes del programa, en

los cuales, algunas de las variables han sido automatizadas:

Fig 44. Arranque de programa

En el primer segmento del programa, se pone en marcha un temporizador convencional, que

permitirá secuenciar y automatizar algunas de las variables directrices del código,

concretamente, las señales de los sensores y accionamientos eléctricos que se arrancan al

principio.



Fig 45. Temporización de arranque de cintas

Fig 46. Ejemplo de temporización de un sensor

Cuando se tiene la temporización de la activación de los sensores, se podrán utilizar para

activar a su vez otros elementos lógicos de manera que, ejecutando un proceso en cascada,

se pueda llegar a controlar el accionamiento de los elementos neumáticos de la planta.

A modo de ejemplo, el sensor que controla el paso de tapaderas por la cinta del puesto de

tapado se encarga de activar otro temporizador (en este caso, de nueva generación). La

función de este nuevo temporizador es controlar los sensores de final de carrera de los

cilindros y guías, que son, en su parte final, los responsables de dirigir el funcionamiento de

los elementos neumáticos.


Fig 47. Control de temporizador por parte de variable temporizada

Fig 48. Control de los sensores de final de carrera

Cuando se tiene programado el control de estos sensores, se pasa, por último, al control de

los sensores que indican la posición recogida de los elementos guía y cilindros. Con esto, se

tiene definido el control de todos los sensores, y por tanto, se podrá poner en

funcionamiento la lógica del resto de elementos.

Fig 49. Control de sensores a través de sensores



A modo de resumen del control, se tiene lo siguiente:

Fig 50. Orden del control elementos en el programa de PLC (efecto cascada)

A través de estos pasos, al final se consigue tener el control de los elementos que requieren

de movimiento para su funcionamiento:

Fig 51. Control de elementos neumáticos y eléctricos

Del mismo modo que se hizo con el programa de PLC para la planta real, se adjunta la tabla

de variables empleada en TIA Portal. En ella, se podrán ver algunas variables en cuyo

nombre aparece ‘HMI’, lo que indica que serán variables utilizadas en el posterior desarrollo

del HMI. Como se explicará a continuación, muchas de las variables no son salidas físicas

como se indicó en el apartado anterior sino que son variables internas del sistema.

Las variables internas del sistema, denominadas marcas, son datos que emplea el PLC a

nivel interno y que son diferentes a las salidas físicas. Los motivos por los que se ha llevado

a cabo la programación a través del empleo de marcas son:

El programa se cargará en un PLC virtual y los elementos utilizados también son

virtuales por lo que no hay necesidad de definir los parámetros como si se trabajara

con elementos físicos (se podría hacer, dado que PLCSim permite forzar las

entradas y salidas físicas).


Gracias a que los elementos no son físicos, se puede evitar el empleo de entradas y

salidas físicas. El PLC tiene un número limitado de entradas y salidas y si se quiere

aumentar este número, habrá que optar por un dispositivo de gama más alta o añadir

una rack con más puertos. En cualquier caso, esto supone un mayor coste

económico por lo que, si se puede trabajar con marcas, como en este caso, se

intentará hacer.



Name Path Data Type Logical Address Hmi Visible Hmi Accessible

arrancar cinta larga Tabla de variables estándarBool %M1.4 True True

cinta larga Tabla de variables estándarBool %M3.1 True True

Tag_1 Tabla de variables estándarTimer %T1 True True

arrancar Tabla de variables estándarBool %I0.0 True True

cuenta salto variable Tabla de variables estándarInt %MW105 True True

arrancar cinta tapas Tabla de variables estándarBool %M1.5 True True

arrancar cinta cajas Tabla de variables estándarBool %M1.6 True True

SCL1 Tabla de variables estándarBool %M1.0 True True

SC Tabla de variables estándarBool %M1.3 True True

ST Tabla de variables estándarBool %M1.2 True True

reset Tabla de variables estándarBool %I0.1 True True

SCL2 Tabla de variables estándarBool %M1.1 True True

Tag_2 Tabla de variables estándarBool %M13.0 True True

cilindro para botes 1 Tabla de variables estándarBool %M2.5 True True

M1 Tabla de variables estándarBool %M4.1 True True

C1- Tabla de variables estándarBool %M0.5 True True

corredera 1 Tabla de variables estándarBool %M2.1 True True

cinta tapas Tabla de variables estándarBool %M3.2 True True


cilindro corredera 1 Tabla de variables estándarBool %M2.3 True True

A+ Tabla de variables estándarBool %M0.0 True True


A- Tabla de variables estándarBool %M0.1 True True

C1+ Tabla de variables estándarBool %M0.4 True True

Tag_3 Tabla de variables estándarCounter %C1 True True


sube cilindro corredera Tabla de variables estándarInt %MW100 True True



veces A+ Tabla de variables estándarInt %MW102 True True



Tag_9 Tabla de variables estándarInt %MW104 True True

botes acumulados Tabla de variables estándarInt %MW103 True True

C2+ Tabla de variables estándarBool %M0.6 True True

un bote Tabla de variables estándarBool %M4.4 True True

dos botes Tabla de variables estándarBool %M4.5 True True

tres botes Tabla de variables estándarBool %M4.0 True True






contador uno Tabla de variables estándarBool %M15.0 True True

corredera 2 Tabla de variables estándarBool %M2.2 True True

B+ Tabla de variables estándarBool %M0.2 True True


cilindro corredera 2 Tabla de variables estándarBool %M2.4 True True

sube una Tabla de variables estándarBool %M4.6 True True


sube tres Tabla de variables estándarBool %M5.0 True True

sube cinco Tabla de variables estándarBool %M5.2 True True


C2- Tabla de variables estándarBool %M0.7 True True

cinta cajas Tabla de variables estándarBool %M3.3 True True

enciende cinta cajas Tabla de variables estándarBool %M5.4 True True

enciende cinta cajas 2 Tabla de variables estándarBool %M5.5 True True

fuera cajas Tabla de variables estándarBool %M5.6 True True


B- Tabla de variables estándarBool %M0.3 True True

un segundo Tabla de variables estándarBool %M5.7 True True


sube seis Tabla de variables estándarBool %M5.3 True True

veces sube cilindro correderaTabla de variables estándarInt %MW106 True True


sube dos Tabla de variables estándarBool %M4.7 True True

sube cuatro Tabla de variables estándarBool %M5.1 True True







motor rotativo Tabla de variables estándarBool %M3.4 True True







tiempo desde ST Tabla de variables estándarTime %MD500 True True

tiempo desde SCL2 3vecesTabla de variables estándarTime %MD600 True True


tiempo desde C1+ Tabla de variables estándarInt %MW109 True True

tiempo desde C2+ Tabla de variables estándarInt %MW110 True True






tres botes +1 Tabla de variables estándarBool %M15.3 True True

Tiempo cinta tapas Tabla de variables estándarInt %MW111 True True

tiempo cintas HMI Tabla de variables estándarInt %MW112 True True

reset ST HMI Tabla de variables estándarBool %M15.4 True True

posicion 1 HMI Tabla de variables estándarBool %M15.5 True True










numero de cajas Tabla de variables estándarInt %MW113 True True

emergencia Tabla de variables estándarBool %M17.2 True True

boton emergencia Tabla de variables estándarBool %M17.3 True True

rearme Tabla de variables estándarBool %M17.4 True True

arrancar desde HMI Tabla de variables estándarBool %M17.5 True True Fig 52. Tabla de variables TIA Portal



Como se puede observar, el número de variables definidas y utilizadas es mucho mayor que

el mostrado en la figura 43. Esto se debe a que TIA Portal, aparte de las variables de

programa, necesita asociar una variable a cada elemento que almacene información.

Llevarán variables asociadas los temporizadores, los contadores, los comparadores y los

bits que se activan con un flanco de subida o de bajada.

En la tabla de variables, en la tercera columna se indica con qué tipo de variable se está

trabajando. Atendiendo al tipo de variable, en la cuarta columna se indica la dirección de

memoria en la que se encuentra almacenada la variable. Se pueden diferenciar distintas

posiciones de memoria:

M: Establece la variable como interna del sistema. Son las marcas de las que se ha

hablado anteriormente. El tipo de datos que manejan son booleanos.

MW: Se trata de variables internas del sistema de tipo entero. Podrán manejarse con

este tipo de variables los datos asociados a contadores o temporizadores.

T: Variable asociada a un temporizador.

C: Variable asociada a un contador.

4.2.3 Estados del sistema

El programa de PLC debe tener en cuenta los distintos funcionamientos o estados que

tendrá la planta. Debe ser capaz de actuar ante acciones externas, bien por parte de un

operario, bien por parte de un elemento auxiliar. Dicho esto, se exponen a continuación los

estados básicos con los que se suele trabajar en la industria y la manera en la que pueden

entrar en funcionamiento:

Marcha: Este modo indica que el funcionamiento de la planta en un momento dado

es el previsto. Para activarlo, se verá en el siguiente apartado que bastará con

apretar el botón PM. Una vez es activado, se comenzará el llenado de cajas con

botes tapados, hasta que se termine el ciclo predefinido o hasta que una señal

externa así lo requiera

Paro: Se trata de un modo en el que el funcionamiento de la planta se detiene

momentáneamente. En la consola de mando también se dispone del botón

correspondiente.

Parada de emergencia: Cuando se detecta un problema en el sistema, se puede

llevar al estado de emergencia. Un estado de emergencia puede ser activado

normalmente de varias maneras. El operario debe ser capaz de parar la instalación

de manera inmediata ante un fallo, aunque también se puede permitir que sea el

propio sistema ante una advertencia de presostatos u otro tipo de sensores. En caso

de que una ventosa falle, un sensor dé una señal errónea o una caja se desplace

incorrectamente, el funcionamiento se puede ver afectado, pudiendo ocurrir atascos

en las cintas, tensiones excesivas en los stoppers o rotura de algún cilindro. Por ello,


en el control se dispone de un botón accesible desde diversos puntos que activa el

estado de emergencia. Una luz roja avisará del peligro, los accionamientos

neumáticos volverán a su posición de reposo y las variables internas del PLC se

reiniciarán.

Rearme: Al pulsar ‘rearme’ (normalmente se llevará a cabo a través de una llave), el

sistema vuelve al estado inicial con los accionamientos es posición recogida. Para

volver al funcionamiento normal habrá que volver a pulsar PM.

4.3 Diseño y desarrollo del HMI

Como se dijo anteriormente, HMI viene de Interfaz Hombre-Máquina, es decir, es un

dispositivo que se encarga de hacer de puente entre el PLC y el encargado del control de la

planta. Lo que se busca implementando el HMI es facilitar el trabajo al operario a la hora de

manejar el puesto de botes de pintura, permitiéndole conocer de manera sencilla y rápida el

estado de cada una de las subcélulas. Además, no solo es un dispositivo de lectura sino que

permite al operario actuar consecuentemente sobre los distintos actuadores y resto de

variables.

Actualmente, la industria tiende a la automatización de sus puestos pero son muchos las

personas que se encargan de la supervisión o incluso de la convivencia en la actividad diaria

con máquinas. Por ello, se debe hacer posible la comunicación entre máquina y hombre.

Esto hace del HMI uno de los elementos más importantes en un puesto automatizado. En

este caso, dado que se ha trabajado con el software de TIA Portal, Siemens, el dispositivo

HMI será también Siemens, habiéndose escogido una pantalla táctil para facilitar su manejo.

4.3.1 HMI MP 277 10” Touch

Son varias las opciones de diseño de un HMI. Para este trabajo, se ha decidido anteponer

claridad y sencillez a complejidad y exceso de datos, empleando para ello una pantalla

amplia de 10”, táctil. En la estación de botes, la mayoría de variables están automatizadas.

Por ello, no se exige un trabajo exhaustivo por parte del operario de planta sino que la

principal utilidad del HMI será el seguimiento de los distintos puntos que pudieran llegar a

ser comprometidos, además del control de los distintos estados del sistema vistos en el

apartado 4.2.3. Se muestran a continuación las distintas pantallas configuradas:

Imagen raíz o pantalla de mando

En esta pantalla se encuentran los mandos principales. En verde se tiene la puesta en

marcha, debajo, la parada, a la derecha se encuentra la seta de emergencia y debajo el

interruptor que simula el rearme a través de llave. Se tiene también la opción de escoger

cuántos ciclos se quiere que haga la planta (opción desactivada en el emulador) y se

dispone de numerosos botones que permiten acceder al resto de pantallas del HMI.



Fig 53. Imagen raíz HMI

Imagen de la célula en planta

En esta pantalla se puede ver una vista general de la célula en planta; vista desde arriba. Se

tiene control del estado de los stoppers de la cinta larga, de la posición del bote esperando a

que se le ponga la tapa, de la posición de la tapadera a través de una variable boolena (o

está en la posición de recogida o no está) y del número de botes detenidos al final de la

cinta larga para envasar. Además se visualiza el grado de llenado de la caja, por filas.

En la parte inferior de la imagen se dispone, al igual que en la imagen raíz y en el resto de

imagenes que se verán a continuación, de una serie de botones para acceder a la pantalla

que se quiera. Dado que se considera que un fallo de la planta puede ocurrir en cualquier

momento, se ha situado una seta de emergencia en todas las pantallas, de forma que el

operario pueda pulsarla sin necesidad de hacerlo desde la imagen raíz. Al lado de este

botón está el indicador de estado del sistema: aparecerá una bombilla verde cuando el

funcionamiento sea normal y una luz de emergencia en caso de peligro.

Fig 54. Imagen de planta HMI. Estado inicial


Fig 55. Imagen de planta HMI. En funcionamiento normal

Imagen de planta en 3D

Proporciona una vista en 3D, tanto de la célula de tapado como de la de envasado. En esta

pantalla se pretende proporcionar información que con la anterior no se tiene. Se tiene

visualización del estado en que se encuentran los cilindros verticales, encargados de coger

las tapaderas y del envasado de los botes, y de las correderas. Además, se puede observar

de manera esquemática si el bote y la tapadera se encuentran en sus lugares

correspondientes, y si los tres botes se van acumulando como deben al final de la cinta

larga.

Como ya se mencionó anteriormente, en la parte inferior se encuentran los botones

correspondientes para cambiar de pantalla, así como del botón de emergencia y el indicador

de estado del sistema.

Fig 56. Imagen de planta 3D. Estado inicial



Fig 57. Imagen de planta 3D. En funcionamiento

Imagen de detalles

En esta imagen se muestra en detalle la zona final de la cinta larga y el giro del motor. Si

hay algún tipo de fallo en el puesto de envasado, quedará representado en esta imagen

dado que cualquier desajuste en el sensor inductivo afectará al modo en que se detienen los

botes en los tres stoppers. Si el giro del motor no se produce en el momento que debe se

podrá observar aquí también.

Uno de los factores más importantes a la hora de llevar a cabo el diseño de un HMI es no

repetir mucha información entre las distintas imágenes del sistema. Puede ser una buena

opción el hacer pantallas que se complementen entre sí, como se ha intentado hacer en

este proyecto. Las distintas vistas ofrecen el funcionamiento de la planta desde diversos

puntos de vista, por lo que los accionamientos, cuyos movimientos principales no se

encuentran todos en el mismo plano, pueden tenerse controlados en todo momento. Así por

ejemplo, la imagen en planta se ha diseñado especialmente para los movimientos

Fig 58. Imagen de detalle. Estado inicial Fig 59. Imagen de detalle. En funcionamiento


horizontales, la planta en 3D busca representar los movimientos en vertical, y la última, dar

información más concreta que puede ser útil para el personal.

Imagen de información del sistema

Por último, en esta pantalla se tiene acceso a información correspondiente al sistema y al

propio proyecto: fecha de puesta en marcha, fecha de finalización (si la hubiera),

información del PLC, etc. Esta pantalla suele venir preconfigurada por el propio proveedor.

Fig 60. Imagen de información del sistema

4.4 Dotación de movimiento al diseño 3D

Hasta ahora, se dispone de una planta diseñada en 3D, un programa de PLC, que define el

funcionamiento de esta planta, y un HMI, que permitiría al operario comunicarse con la

planta. Dado que ya se tiene toda la lógica de funcionamiento de los distintos

accionamientos, se está en disposición de poder llevar a cabo la simulación de ese

movimiento en el diseño 3D.

Lo que se pretende en este trabajo, como ya se viene recalcando desde la introducción, no

es simular un movimiento de un diseño CAD atendiendo a unos parámetros definidos en el

programa, sino que se quiere que ese movimiento obedezca a una lógica; a una lógica

definida por un PLC y que en un caso real sería la aplicada en las máquinas reales.

Además, se busca que el movimiento de la planta virtual obedezca de manera instantánea al

programa, que será manejado desde el propio HMI diseñado en el apartado anterior.

Esta parte del proyecto, como ya se mencionó en el apartado de metodología, se realizará

en Delmia v5r21 y se desarrollará en los siguientes puntos.



4.4.1 Definición de los mecanismos.

En primer lugar, se van a definir los distintos elementos que serán provistos de capacidad de

movimiento. A la hora de ejecutar una emulación, se puede hacer a distintos niveles. Como

en prácticamente cualquier proyecto de diseño o ingeniería, los procesos suelen ser

continuos y cíclicos, que admiten continuas mejoras. Por ello, puede darse el caso en el que

a una empresa no le interese ejecutar una simulación de la planta completa sino que

prefieran centrarse en una zona determinada. Esto no implica que el diseño 3D esté

obedeciendo a una parte determinada del programa de PLC o que solo se esté ejecutando

una parte de este, sino que habrá parte del programa que no lleve asociado el movimiento

correspondiente. Esto es importante ya que la parte ensayada obedece al programa

genérico y real y por tanto se respetan todos los tiempos.

El objetivo final de esta metodología es la emulación de la planta entera y por ello, en este

trabajo se van a definir como mecanismos, y por tanto obtendrán capacidad de movimiento,

todos los elementos principales que fueron definidos en el HMI y que permiten un

funcionamiento completo de la célula. Este es el caso de las correderas neumáticas, de los

cilindros neumáticos verticales, de los stoppers y del motor rotativo.

El demostrador se realizará en vacío, es decir, los botes de pintura no acompañarán a los

accionamientos dado que no serán controlables directamente a través del PLC, sino que su

movimiento viene definido a partir de la interacción con los otros elementos.

Una vez vistos los objetivos, se pasa a ver cómo se ha llevado a cabo la definición de estos

mecanismos de los que se acaba de hablar. Para abarcar los movimientos principales de las

dos subcélulas se han definido seis mecanismos:

Fig 61. Mecanismos de la planta

En primer lugar, cabe decir que un mecanismo se compone de varios elementos: una parte

fija, que servirá de referencia para los elementos móviles, las uniones o juntas, que indican

el tipo de movimiento relativo existente entre los distintos cuerpos de un mecanismo (unión

cilíndrica, prismática, esférica, etc.), los propios cuerpos a unir y parámetros que pueden

definir o acotar el movimiento, como aceleraciones o velocidades. Los distintos mecanismos

definidos para el correcto funcionamiento de la planta de botes son:


Cilindro para botes 1: Es el stopper encargado de detener el bote en el primer puesto

de la cinta larga, lugar donde le será colocada la tapadera. En este mecanismo solo

interesa tener control sobre dos posiciones: estado de avance o estado recogido.

Corredera 1: A pesar de su nombre, este mecanismo no solo engloba la corredera o

rodless linear unit sino que también incluye el cilindro vertical que se sitúa sobre ella.

Tendrá cuatro posiciones principales que se corresponden con guía recogida y

cilindro recogido, guía recogida y cilindro extendido, guía extendida y cilindro

extendido, y tanto guía como cilindro extendidos. Son las cuatro posiciones que

permiten coger la tapadera de una cinta y colocarla sobre el bote.

Cilindro para botes 2: Stopper que se encarga de parar el primer bote al final de la

cinta larga, donde serán cogidos posteriormente para su envasado.

Cilindro para botes 3: Stopper que se encarga de parar el segundo bote al final de la


Cilindro para botes 4: Stopper que se encarga de parar el tercer bote al final de la


Corredera 2: Al igual que en el caso de la corredera 1, no solo engloba la guía

neumática sino que incluye otros elementos. En este caso, no solo se añade el

cilindro vertical sino que aparece el motor rotativo sujeto al final del cilindro. Su

función es girar el sistema de sujeción de vacío, una vez se tienen los botes cogidos,

y retornar a la posición original una vez los ha soltado.

Para que los mecanismos sigan las órdenes del programa de PLC, un dato importante es

que cada una de las posiciones extremas del mecanismo debe ir asociado a una variable del

PLC. Para ello, las posiciones características anteriormente mencionadas deben ser

guardadas en el programa. Así por ejemplo, no se puede independizar el movimiento de la

guía 1 del cilindro vertical 1 dado que ambos forman parte del mismo mecanismo, corredera

1. Cada posición diferente de un mecanismo se programa como un ‘device task’, que

internamente lleva asociado un desplazamiento de cada una de las uniones para alcanzar la

posición requerida.

Una vez se tienen los mecanismos y sus device tasks correctamente definidos, se puede

pasar al siguiente paso.

4.4.2 Definición de la lógica de movimiento. GRAFCET.

A pesar de que se ha dicho en varias ocasiones que el movimiento de los elementos 3D

debe obedecer al programa del PLC, la conexión entre los dos ámbitos no es directa. Delmia

no es capaz de seguir la lógica del PLC programado en TIA Portal de manera directa, sino

que necesita un paso intermedio, en este caso, el GRAFCET18.

18

Grafo de Control Etapa Transición



El GRAFCET es un método gráfico que sirve para modelar, sin ambigüedades, el

comportamiento de un automatismo. Por este motivo, el denominado Sequential Flow Chart

(SFC) descrito en la norma IEC 61131-3, lo contempla como modo de programación de un

PLC. A pesar de ello, actualmente se prefieren otros métodos de programación de PLC, más

actualizados y con diversas ventajas (como el ladder).

Por sus características, un GRAFCET puede servir para especificar el comportamiento del

automatismo a diferentes tipos de usuarios. Atendiendo al grado de detalle se distingue

entre Nivel Funcional (definición del comportamiento en términos no técnicos), el Nivel

Tecnológico (solución técnica concreta) y Nivel Operativo (considera los elementos que

manejan el sistema de control, como sensores, actuadores y HMI).

Dado que en este trabajo, el PLC ha sido programado en TIA Portal mediante un esquema

Ladder, en el GRAFCET no se trata de introducir la complejidad del programa sino que esta

reside en el TIA Portal, siendo la función del GRAFCET crear una lógica para que las

variables puedan seguir el programa del PLC. Por ello, únicamente se necesitarán algunos

conceptos básicos de su comportamiento.

4.4.2.1 Elementos básicos del GRAFCET

Las partes básicas del GRAFCET son las Etapas y las Transiciones. En este tipo de

esquema, las Etapas se representan por cuadrados numerados y llevan asociados unas

Acciones. Por su parte, las Transiciones quedan representadas mediante segmentos y

llevan asociados unas Receptividades.

Etapas: hacen referencia a los diferentes estados estables del automatismo. Como

se ha dicho anteriormente, llevan asociadas acciones y pueden estar activas o

inactivas. En todo momento debe haber alguna etapa activa. Durante el

funcionamiento, las etapas van pasando de activas a inactivas, o viceversa, de

acuerdo a unas reglas de evolución.

Transiciones: representan las diferentes opciones de evolución que tiene el

automatismo entre etapas. Para poder pasar de una etapa a otra, el automatismo

debe franquear una transición, que lleva asociadas receptividades.

Acciones: van asociadas a las etapas e indican qué acciones se deben realizar

mientras la etapa correspondiente está activa.

Receptividades: son las condiciones lógicas que se asocian a las transiciones, es

decir, lo que se debe cumplir para estar en disposición de poder pasar de una etapa

a otra.

Arcos: líneas que unen las etapas entre sí, pasando por las transiciones.


Fig 62. Ejemplo de GRAFCET

4.4.2.2 Reglas de evolución

Pese a que el número de reglas de evolución de los GRAFCET es muy alto, para este caso

solo se van a utilizar las elementales, que se presentan a continuación:

Regla 1 - Todo Grafcet debe tener al menos una etapa activa en su Estado inicial.

Normalmente representará el estado de reposo del sistema.

Regla 2 - Se dice que una transición está validada cuando todas las etapas inmediatamente

precedentes están activas. Una transición se franquea cuando estando validada, su

receptividad asociada es cierta.

Regla 3 – Cuando una transición se franquea, todas las etapas inmediantamente anteriores

dejan de estar activas y las inmediatamente posteriores pasar a estar activas.

Regla 4 – Si en un momento determinado varias transiciones reúnen las condiciones de ser

franqueadas, este franqueo se producirá simultáneamente.

Regla 5 – Si una etapa es activada y desactivada simultáneamente, permanecerá activa.

La forma en que se ha generado el esquema GRAFCET en Delmia es un poco peculiar

dado que su objetivo es amoldarse a un programa Ladder. En este caso, las acciones de la

mayoría de etapas no se corresponden con una única acción a realizar sino que llevan

asociado otro subgrafcet. De este modo, cuando se activa esa etapa, realmente se está

activando otro GRAFCET, que seguirá las mismas reglas de avance. A continuación se

muestra el Grafcet principal y un ejemplo de subgrafcet. De manera general, como

subgrafcet se han incorporado los diferentes mecanismos con sus diferentes movimientos.

Se ha optado por este modo ante la imposibilidad de controlar los movimientos de diferentes

mecanismos de manera simultánea. En un esquema Grafcet convencional se pueden

asociar varias acciones a una sola etapa pero Delmia puede generar algún tipo de error al

trabajar con distintos mecanismos, por ello se opta por los subgrafcets.



Fig 64. GRAFCET de la planta en Delmia

Las diferentes receptividades hacen referencia a una serie de puertos definidos en el propio

Delmia. Estos puertos, como se verá más adelante, serán los puntos de conexión entre

Delmia y el Tia Portal a través del OPC Server.

Fig 65. Definición de puertos en Delmia

Fig 63. Subgrafcet Corredera


La definición de los puertos se ha hecho de manera que se asemejen lo más posible a las

variables del PLC, de manera que resulte más fácil el trabajo.

A esta altura del proyecto, la planta virtual tiene la capacidad de moverse pero no es capaz

de conectarse con el PLC y, por tanto, no puede moverse de manera autónoma siguiendo la

secuencia impuesta por el automatismo.

4.5 Conexión de la planta con el PLC

Para conseguir precisamente el último paso de la puesta en marcha de la planta virtual, falta

conseguir la unión de las distintas partes del proyecto. Siguiendo con lo que se dijo en la

introducción y en el apartado de metodología, el proceso de conexión entre el PLC y la

planta virtual simulada en Delmia requiere de varios pasos.

4.5.1 Conexión PLC-OPC Server19

El primer paso en la conexión es cargar el programa del PLC desde TIA Portal hasta

PLCSim, es decir, cargar el programa en el PLC virtual. Este paso es bastante sencillo pues

se puede realizar desde TIA Portal, siendo esta una opción del propio programa. Lo único

que hay que tener en cuenta es el tipo de conexión que se realiza. A la hora de ejecutar la

conexión completa entre los distintos softwares se va a emplear una conexión Ethernet

mediante protocolo TCP/IP.

El PLCSim, como se ha comentado anteriormente, no es capaz de exportar datos o

programas, siendo este el principal motivo por el que se debe seguir el procedimiento que se

explica a continuación.

Configuración del OPC (KepServerEx)

Para empezar a configurar el OPC, se debe tener claro el funcionamiento de la planta y

cuáles de las variables del PLC deben ser compartidas con la planta virtual para la correcta

simulación.

Además, en este punto, dado que se tiene el programa cargado en el PLC virtual, se debe

asociar el KepServerEx a ese PLC concreto y no a otro. Para ello, se vincularán a través de

las direcciones IP del controlador y de la red que se esté usando. En la siguiente figura se

pueden ver las variables que serán utilizadas para el funcionamiento de la planta. Como se

dijo en el apartado de diseño, algunas variables no se simularán en este trabajo por el

tiempo que requeriría.

19

En este apartado se supone que se conoce el funcionamiento de estos programas, explicado en el apartado de metodología.



Fig 66. Tabla de variables definidas en el OPC

Tras la definición de estas variables en el OPC, se deben vincular a las variables del PLC.

Para facilitar el trabajo, las variables se han definido con el mismo nombre que tenían en el

programa del controlador, del mismo modo que se definieron también a la hora de nombrar

los mecanismos con Delmia.

Fig 67. Configuración de variables del OPC

En la figura 67 se puede observar cómo es el proceso de configuración de las variables

definidas desde KEPServerEx. Al nombre de la variable se le debe asociar la posición de la

variable del PLC a la cual se quiere vincular. En este caso, se asociará a la marca M2.5.

Automáticamente, el programa detecta que la variable es de tipo booleano, aunque se

puede modificar del mismo modo que se selecciona si la variable es de solo lectura,


escritura, o ambas. De esta misma forma se procede con todas las variables que se ven en

la figura 66.

Esta definición de variables debe ir asociada al PLC concreto que se va a utilizar y por tanto,

se debe configurar tanto el canal como el dispositivo.

Fig 68. Tipo de PLC

Fig 69. Configuración del canal



Realizados todos estos pasos, el OPC ya está preparado para recibir los datos del PLC

virtual pero el PLC aún no es capaz de mandarlos. Para conseguir resolver este problema y

que el PLC envíe la información al OPC, se utilizará el programa Nettoplcsim.

Exportación de datos del PLC

Del mismo modo que se hizo con el OPC, Nettoplcsim debe saber con qué PLC concreto va

a trabajar y para ello se vuelve a utilizar la dirección IP del controlador y de la red.

Fig 70. Configuración de Nettoplcsim

Tras la configuración, el PLC ya está preparado para comunicarse con el OPC así que se

debe proceder a realizar la conexión. Primero, se pondrá en marcha el KepServerEx,

permitiéndole recibir la información. Posteriormente, se activará el Nettoplcsim, abriendo el

puente entre el PLC y el OPC. Se debe recordar que el programa tiene que ser cargado con

anterioridad. El motivo es que para el correcto funcionamiento de nettoplcsim se debe

detener el puerto 102, que a su vez es necesario para el funcionamiento de TIA Portal.


Fig 71. Estado de variables de OPC Server

En la figura 71 se puede ver el estado de las variables una vez se activa el OPC pero

cuando aún no se ha activado el nettoplcsim y por tanto cuando aún no hay entendimiento

entre los dos programas. El estado de las variables es unknown porque no recibe ningún

tipo de señal. Cuando se activa nettoplcsim, el estado de las variables pasa a ser el

correspondiente al del PLC de acorde al funcionamiento normal. En la figura 72 se observa

cómo el estado de las variables pasa de ser unknown a tomar un valor booleano.

Fig 72. Estado de las variables de OPC conectando nettoplcsim



En este momento, las variables que se pueden observar en el OPC son manejadas por el

programa de PLC, actualizándose instantáneamente. Por tanto, se estaría en disposición de

acceder a ellas desde otros programas externos, en nuestro caso lo haremos desde Delmia.

A modo de ejemplo, en la figura 73 se puede ver cómo, si se fuerzan las marcas del PLC, el

estado de las variables volcadas sobre KEPServerEx son modificadas. Este método de

compartición y actualización inmediata de datos es una de las partes principales de la

puesta en marcha virtual de la planta de botes de pintura o de cualquier otra.

Fig 73. Actualización de las variables del OPC desde PLCSim

4.5.2 Conexión OPC-Planta virtual

Ya se tiene la mitad de la conexión hecha. Los datos han sido exportados desde el PLC

virtual y se recogen en el peldaño intermedio de la conexión general, el OPC. Como ya se

comentó en los principios de funcionamiento de un OPC, las variables están a disposición

de otro usuario, en este caso será el software Delmia, encargado de utilizar esa información

compartida para simular el funcionamiento de la planta real en una planta virtual diseñada

en 3D, pero que sigue un programa de PLC real desarrollado en TIA Portal. Del mismo

modo que se configuró KEPServerEx para recibir información del PLC utilizado, se debe

adaptar Delmia para que la lógica, definida en el apartado 4.4.2, sea capaz de obedecer a

las variables actualizadas del OPC.


En esta parte, son dos las conexiones principales que se han de realizar: por un lado se

pondrá en contacto Delmia con el OPC, y por otro, se conectarán los puertos definidos en el

apartado 4.4.2 con las variables del PLC.

Conexión de nivel superior

En primer lugar, se procede a la unión de los softwares en sí, Delmia y KepServerEx. Una

vez se establezca esta unión, se podrá conectar la planta con el PLC a un nivel más bajo

como se verá en el siguiente apartado.

Delmia, como se explicó en el apartado de metodología, es un programa que puede generar

simulaciones de plantas por sí solo dado que admite la programación de lógica interna, la

cual se ha aprovechado para desarrollar esta metodología de emulación. Por este motivo, ya

que el programa no sabe de dónde coger la información, se le debe decir que las variables

no le serán dadas desde el interior sino que tendrá que buscarlas en un servidor OPC. Por

tanto, para comenzar, se ha de asignar el product con el que se quiere trabajar, en este

caso será la planta completa, al servidor.

Fig 74. Conexión de la planta virtual al OPC

En este momento, el programa ya sabe que las variables le serán dadas desde una fuente

externa por lo que ahora se ha de definir cuál será ese dispositivo externo. Cuando se habló

del OPC, se dijo que se utilizarían dos modelos de dos compañías diferentes. El que se va a

usar como intercambio de información es KEPServerEx pero para que Delmia sea capaz de

establecer una conexión con él, es necesario que reconozca un OPC de Siemens.

Fig 75. Sistemas OPC



Será el OPC Simatic el que permita seguir adelante con las conexiones. El siguiente paso es

establecer el contacto con el dispositivo que se configuró en KepServerEx en el apartado

anterior.

Fig 76. Selección del PLC en Delmia

El paso posterior a establecer esta conexión es la definición de unas variables que serán la

proyección de las variables del OPC en Delmia. Una vez definidas, se establece un vínculo

entre ellas.

Fig 77. Vinculación de las variables del OPC y las de Delmia


Conexión de variables y puertos

Ya solo queda el último paso para completar el montaje del demostrador de la puesta en

marcha virtual de la planta. En la siguiente imagen, se puede ver cómo internamente se han

unido los dos campos: el de la planta virtual y el del PLC.

A la izquierda se tienen las variables que acaban de ser definidas en el apartado anterior, y

vinculadas a sus equivalentes en el OPC. A la derecha, se tienen los puertos que fueron

definidos a la hora de establecer la lógica interna de Delmia a través de GRAFCET.

Fig 78. Unión de las variables y los puertos

A pesar de tener disponible la variable ‘motor rotativo’, no se ha establecido un puerto

independiente para ella, pues se ha optado por incluirla dentro de las diferentes posiciones

de la corredera número 2.

4.6 Puesta en marcha virtual de la planta de botes de pintura

Llegados a este punto del proyecto, ya está todo preparado para que se pueda llevar a cabo

la puesta en marcha virtual de la célula de tapado y envasado de botes de pintura. La

ejecución de la simulación se puede realizar de distintas formas. Desde el propio programa

de Delmia se debe acudir al módulo adecuado para realizar la simulación, pero una vez

activado, la forma de controlar la simulación son dos: forzando las variables desde el PLC

(Figura 79) o controlarlo desde el propio HMI (Figura 81).



Para unas primeras comprobaciones, se puede terminar el ajuste de parámetros empleando

el PLCSim pero una vez se quiere utilizar el Virtual Commissioning, lo más adecuado es el

empleo del propio HMI para simular el comportamiento real de la planta. Además, de esta

forma se puede ver cómo el operario desde su pantalla puede controlar el funcionamiento de

una célula entera.

Fig 79. Control de la simulación desde PLCSim

Fig 80. Ejemplo de control

En este caso se puede ver cómo al activar el programa de PLC desde PLCSim, se

empiezan a activar diferentes posiciones con las que Delmia controla el movimiento de los

accionamientos.


Fig 81. Control de la célula a través del HMI

Llegados a este punto, todos los elementos desarrollados durante el proyecto se ponen en

común, obteniendo como resultado la puesta en marcha de la planta.



5. CONCLUSIONES

Para poder extraer conclusiones de este proyecto se deben tener en cuenta algunos

aspectos:

El proyecto ha consistido en el desarrollo de una metodología que permite abordar el

desarrollo de un proyecto industrial convencional de una manera diferente. La

aplicación de esta tecnología busca la superposición de etapas y de esfuerzo,

consiguiendo una reducción de tiempos y costes.

La valoración del proyecto no se podrá realizar, en su totalidad, en términos de estas

mejoras de tiempos y costes, pues eso formaría parte de un nuevo proyecto, cuyo

origen sería precisamente la aplicación de la tecnología desarrollada en este.

Sí se podrán extrapolar las sensaciones y resultados obtenidos para poder hacer

previsiones de resultados y mejoras en el comportamiento de los equipos industriales

que adaptan su forma de trabajar a estas nuevas metodologías.

Por tanto, teniendo en cuenta estos factores, se pueden extraer algunas conclusiones

destacando detalles que se han de tener en cuenta al aplicar este desarrollo:

A la hora del desarrollo del proyecto, en las diferentes etapas, se ha tenido que hacer

frente a numerosas dificultades. Lo importante a destacar de esto es que se han

solucionado en una fase del proyecto en la cual no han supuesto un retraso muy

grande en el transcurso global del proyecto. Como se puede ver en la programación

del proyecto, la superposición de fases intermedias hace que, si como en este caso,

surgen problemas, se puedan resolver sin modificar demasiado la planificación

inicial.

Para aprovechar las ventajas del Virtual Commissioning, se hace necesario una

proyección de la realidad bastante exacta, en los distintos sistemas informáticos. Así

pues, si en el diseño 3D de la planta se incorporan la mayoría de los elementos de

los que dispone la planta real, con mismas dimensiones, materiales o incluso

añadiendo velocidades y aceleraciones a los distintos accionamientos, los resultados

obtenidos de manera virtual serán más fácilmente extrapolables a la célula real.

Esta metodología, a la hora de trasladarla a la industria real, podrá ser aplicada de

diversas maneras. En este proyecto, se ha llevado a cabo un proceso en un entorno

totalmente virtual, es decir, todos los elementos son simulados mediante

aplicaciones informáticas. En una empresa real, si se dispone de ciertos elementos

físicos, se puede seguir un desarrollo intermedio entre Hardware-in-the-Loop y

Reality-in-the-Loop, intentando aprovechar las ventajas de cada uno.

Es importante destacar que el Virtual Commissioning y metodologías como la

desarrollada en este proyecto pueden resultar útiles en situaciones distintas dentro

de una empresa. Puede ser beneficioso empezar a trabajar de esta manera cuando

se quiere empezar desde cero un proyecto industrial, es decir, cuando todavía no se


tiene nada construido. Esta es una de las principales utilidades, de la que ya se

habló en la introducción: no hace falta esperar a tener una planta física construida

para empezar a realizar comprobaciones virtuales en ella. Otro caso en el que puede

resultar útil es ante una posible modificación o ampliación de una planta, pues este

método permite probar numerosas situaciones hasta encontrar, si hay alguna, cuál

de ellas puede reportar mayores beneficios a la actividad económica.

Pensando un poco más allá del sector puramente industrial, este tipo de emuladores

pueden ser verdaderamente útiles en otros ámbitos. Un desarrollo más en

profundidad de estas herramientas puede ayudar en labores que involucren alguna

situación de riesgo. Este puede ser el caso de la minería, equipos de rescate, etc.

Centrando la atención en el propio desarrollo del trabajo, se pueden extraer otra serie de

aspectos:

La ejecución de este proyecto ha requerido el empleo de gran cantidad de

herramientas informáticas, ampliamente utilizadas en el sector industrial: la

utilización de herramientas de diseño y simulación como Catia o Delmia, aplicaciones

de la ingeniería de sistemas como TIA Portal o de comunicación y software como

KEPServerEx, OPC Simatic o Nettoplcsim. Por tanto, es un trabajo que engloba

muchos sectores de la ingeniería, permitiendo el aprendizaje de partes clave de cada

uno de ellos.

En el presupuesto se puede ver cómo hay que tener en cuenta que la empresa que

esté dispuesta a seguir esta corriente, debe poder realizar una inversión en software,

en hardware y en personal. Pero también es cierto que se admite cierta flexibilidad.

En este proyecto se ha comprobado cómo se puede adaptar el método a los distintos

fabricantes de software con los que se trabaje. La mentalidad de querer obtener un

beneficio rápido no será satisfecha con este tipo de trabajo pero sí aquella que

piense a medio y largo plazo.



6. IMPACTO SOCIAL DEL PROYECTO.

En cada proyecto industrial, una parte muy importante a tener en cuenta son los impactos

que puede tener sobre la sociedad, tanto a nivel socioeconómico como medioambiental.

Este proyecto en concreto, no tiene un impacto directo tan grande como pudieran tenerlo

otros, ya que es un trabajo que podríamos describir como de investigación y desarrollo, cuya

aplicación, en principio, no está englobada en este proyecto y por tanto no será valorada.

Dado que el impacto ambiental de este trabajo ha sido mínimo, se va a hablar del impacto

social. Como cualquier proyecto englobado dentro de la ingeniería de automatización, el

impacto social debe ser tenido en cuenta, pues las condiciones de trabajo de las personas

pueden variar, tanto a nivel de operario de planta, como de oficina. Por un lado, en estos

últimos años, se ha estudiado el beneficio que supone para las empresas el automatizar un

puesto de trabajo. Esto puede llevar a dos situaciones: el trabajador cuyo puesto de trabajo

ha sido automatizado debe cambiar sus tareas, readaptando sus conocimientos, o el

despido del trabajador.

Este desarrollo parte de una fuerte automatización de una planta de botes de pintura, pero

eso no es consecuencia de la aplicación de las herramientas vistas aquí. La aplicación del

virtual Commissioning puede llevar a un cambio en la forma de trabajar respecto de la forma

convencional, y puede hacer necesario una reestructuración en la organización interna.

Debe involucrar desde la gente de planta hasta los directivos, de modo que se convierta en

una filosofía de trabajo. Como todos los cambios, puede generar un primer rechazo por

parte de los integrantes de la empresa, pero si se consigue mantener el estado de ánimo de

los trabajadores, se pueden conseguir beneficios en un futuro.

Por tanto, este proyecto no generaría la desaparición de puestos de trabajo de una manera

directa, pues la planta debe estar automatizada con anterioridad, ya esté físicamente

construida o en proyecto. Puede llevar a un cambio en la manera de trabajar de las

empresas, lo que favorecería una variación en la oferta de empleo. Es decir, a pesar de no

disminuir el número de puestos de empleo de una manera general, puede provocar un

cambio en las especialidades demandadas, llevándose el trabajo desde las zonas de planta

a las oficinas.



7. PLANIFICACIÓN TEMPORAL

Para la planificación temporal del proyecto se ha decidido realizar un diagrama de Gantt, el

cual se muestra en la siguiente página, donde aparece un cronograma con las distintas

tareas realizadas.

Algo a destacar es que las diferentes etapas principales del proyecto exigían un orden

concreto, pero permitían la superposición en el tiempo. Así por ejemplo, el diseño de la

célula en 3D debía ser el primer paso en el proyecto pero antes de finalizarlo, se empezó

con la programación de los PLCs. Del mismo modo, antes de tener el HMI totalmente

cerrado, se empezó a otorgar movimiento a la planta virtual.

Esta manera de trabajar obedece precisamente a un acercamiento al virtual commissioning,

que permite que cada fase del proyecto se sirva de las posibles dificultades de otra de las

fases. Esto es importante, como ya se ha remarcado durante todo el proyecto, porque a la

hora de la aparición de posibles errores, serán solventados con mayor rapidez e

influenciando menos a las restantes partes.

El proyecto fue adjudicado en Octubre, comenzando con una carga de trabajo media el

primer mes. Una vez se empezó con el diseño de la planta, la carga de trabajo fue

aumentando hasta consumir en torno a 320 horas, a fecha de entrega del documento

escrito.


Fig 82. Diagrama de Gantt del proyecto

Fig

82. D

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8. PRESUPUESTO

Dado que este ha sido un proyecto realizado, como se ha visto durante la memoria,

expresamente de manera virtual, el presupuesto estará formado principalmente por el gasto

en software, en hardware, y por la mano de obra, principalmente.

Ordenador portátil

Precio de compra: 555.39 €

Amortización a 3 años: (555.39€ / 36 meses)*8 meses = 123.42 €

Suponiendo trabajo desde octubre hasta junio.

Licencias

Catia v5: 450 €

Delmia v5: 570 €

TIA Portal: 750 €

OPC Server: 1044.86 €

Las licencias incluyen los costes de instalación y mantenimiento, durante el tiempo de

proyecto. Además, el coste del OPC es específico de un modelo que trabaja con software

Siemens.

Salario

20€/h * 320 h = 6400 € (Se ha supuesto salario de un ingeniero recién licenciado)

subtotal: 9338.28 €

Suponiendo gastos en energía y transporte del 8%: 747.06 €

IVA (%): 21

TOTAL: 12203.26 €



9. BIBLIOGRAFÍA

(1) Andersson M, & Helander E. (2010). Automatic generation of PLC programs using

automation designer: Based on simulation studies and function block libraries.

CHALMERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY).

(2) Barrientos A, & Gambao, E. Grafcet. Sistemas de producción automatizados.

Universidad Politécnica de Madrid.

(3) Dzinic, J., & Yao, C. (2013). Simulation-based verification of PLC

programas. Chalmers University of Technology.

(4) European Standard IEC 60848:2002. CENELEC, 2002 (GRAFCET).

(5) Hoffmann P, Schuman R, Maksoud T, & Premier G. (2010, Virtual commissioning of

manufacturing systems, a review and new approaches for simplification. 24th

European Conference on Modelling and Simulation.

(6) International Standard IEC 1131-3. IEC, 1993 (PLC, KOP).

(7) Ramnath V, & Jorgensen A. (2012). Emulation TakingSimulation closer to reality. Isci

2012.

(8) Reinhart G, & Wünsh G. (2002). Economic application of virtual commissioning to

mechatronic production systems.German Academic Society for Production

Engineering (WGP).

(9) Seidel S, Donath U, & Haufe J. (2012). Towards an integrated simulation and virtual

commissioning environment for controls of material handling systems.

Strahilov A (Rücker EKS), Damrath F (Daimler AG). (2014). Energy considerations in

virtual commissioning.

(10) Zheng L, & Nakagawa H. OPC (OLE for process control) specification and its

developments. OPC Council Japan.

(11) www.automation.siemens.com/salesmaterial-

as/brochure/es/brochure_simatic-step7_tia-portal_es.pdf

(12) www.3ds.com

(13) www.kepware.com

(14) www.mag-ias.com

(15) www.ipla.es

http://www.automation.siemens.com/salesmaterial-as/brochure/es/brochure_simatic-step7_tia-portal_es.pdf

http://www.automation.siemens.com/salesmaterial-as/brochure/es/brochure_simatic-step7_tia-portal_es.pdf

http://www.3ds.com/

http://www.kepware.com/

http://www.mag-ias.com/

http://www.ipla.es/


(16) www.tecnolactea.es

(17) www.xcelgo.com/industries/robotics/

(18) www.plm.automation.siemens.com

(19) www.audi-akademie.de/aka/brand/de/leistungen/it_plm.html

(20) www.festo.com

(21) www.boschrexroth.com

http://www.tecnolactea.es/

http://www.xcelgo.com/industries/robotics/

http://www.plm.automation.siemens.com/

http://www.audi-akademie.de/aka/brand/de/leistungen/it_plm.html

http://www.festo.com/

http://www.boschrexroth.com/



10. Índice de figuras

Fig 1. Contribución del software de control en el retraso del proyecto .............................. 3

Fig 2. Impacto positivo de la emulación en la línea de tiempo de proyecto ........................... 6

Fig 3. Distintos enfoques de la fase de verificación: 1: Tradicional; 2: HIL; 3: RIL; 4: SIL ..... 7

Fig 4. Esquema del emulador de la célula de tapado y envasado de botes de pintura ......... 8

Fig 5. Integración de etapas en Virtual Commissioning .......................................................11

Fig 6. Plataforma 3DExperience ..........................................................................................11

Fig 7. Catia ..........................................................................................................................11

Fig 8. Módulo Mechanical Design ........................................................................................12

Fig 9. Módulo Knowledgeware ............................................................................................13

Fig 10. Sketcher ..................................................................................................................14

Fig 11. Knowledge advisor: Fórmulas, tabla de diseño y parámetros. .................................14

Fig 12. Product en el assembly design. ...............................................................................15

Fig 13. Pantalla de inicio de TIA Portal ................................................................................16

Fig 14. Selección de dispositivos .........................................................................................17

Fig 15. Ejemplo de conexión entre PLC y HMI ....................................................................17

Fig 16. Concepción de TIA Portal ........................................................................................19

Fig 17. Conexión de los distintos dispositivos ......................................................................19

Fig 18. Interfaz PLCSIM ......................................................................................................20

Fig 19. Conexiones en PLCSIM ..........................................................................................21

Fig 20. Entradas y salidas en PLCSIM ................................................................................21

Fig 21. Problemas de comunicación antes de OPC .............................................................22

Fig 22. Soluciones del OPC ................................................................................................23

Fig 23. Interfaz de KEPServerEx .........................................................................................23

Fig 24. Aviso de uso de puerto 102 .....................................................................................24

Fig 25. Puerto 102 parado ...................................................................................................25

Fig 26. Planta virtual ............................................................................................................26

Fig 27. Ergonomía en Delmia ..............................................................................................27

Fig 28. Célula robotizada .....................................................................................................27

Fig 29. Esquema del emulador en correspondencia con las etapas del proyecto ................29

Fig 30. Tapado de botes, empresa Tecnoláctea ..................................................................30

Fig 31. Acción de tapado .....................................................................................................31

Fig 32. Croquis del puesto de tapado ..................................................................................31

Fig 33. Envasado, empresa IPLA ........................................................................................39

Fig 34. Disposición de los botes, empresa IPLA ..................................................................40

Fig 35. Croquis del puesto de envasado .............................................................................40

Fig 36. Elementos básicos para montaje del product ..........................................................43

Fig 37. Planta general. Vista 1 .............................................................................................44

Fig 38. Planta general con paredes .....................................................................................45

Fig 39. Zona de tapado .......................................................................................................45

Fig 40. Zona de envasado ...................................................................................................46

Fig 41. Planta general. Vista 2 .............................................................................................46

Fig 42. Esquema Ladder planta real ....................................................................................50

Fig 43. Tabla de variables PLC Planta real ..........................................................................51

Fig 44. Arranque de programa .............................................................................................52

Fig 45. Temporización de arranque de cintas ......................................................................53

Fig 46. Ejemplo de temporización de un sensor ..................................................................53


Fig 47. Control de temporizador por parte de variable temporizada.....................................54

Fig 48. Control de los sensores de final de carrera ..............................................................54

Fig 49. Control de sensores a través de sensores ...............................................................54

Fig 50. Orden del control elementos en el programa de PLC (efecto cascada) ...................55

Fig 51. Control de elementos neumáticos y eléctricos .........................................................55

Fig 52. Tabla de variables TIA Portal ...................................................................................58

Fig 53. Imagen raíz HMI ......................................................................................................61

Fig 54. Imagen de planta HMI. Estado inicial .......................................................................61

Fig 55. Imagen de planta HMI. En funcionamiento normal ..................................................62

Fig 56. Imagen de planta 3D. Estado inicial .........................................................................62

Fig 57. Imagen de planta 3D. En funcionamiento ................................................................63

Fig 58. Imagen de detalle. Estado inicial .............................................................................63

Fig 59. Imagen de detalle. En funcionamiento .....................................................................63

Fig 60. Imagen de información del sistema .........................................................................64

Fig 61. Mecanismos de la planta .........................................................................................65

Fig 62. Ejemplo de GRAFCET .............................................................................................68

Fig 64. GRAFCET de la planta en Delmia ...........................................................................69

Fig 63. Subgrafcet Corredera ..............................................................................................69

Fig 65. Definición de puertos en Delmia ..............................................................................69

Fig 66. Tabla de variables definidas en el OPC ...................................................................71

Fig 67. Configuración de variables del OPC ........................................................................71

Fig 68. Tipo de PLC ............................................................................................................72

Fig 69. Configuración del canal ...........................................................................................72

Fig 70. Configuración de Nettoplcsim ..................................................................................73

Fig 71. Estado de variables de OPC Server ........................................................................74

Fig 72. Estado de las variables de OPC conectando nettoplcsim ........................................74

Fig 73. Actualización de las variables del OPC desde PLCSim ...........................................75

Fig 74. Conexión de la planta virtual al OPC .......................................................................76

Fig 75. Sistemas OPC .........................................................................................................76

Fig 76. Selección del PLC en Delmia ..................................................................................77

Fig 77. Vinculación de las variables del OPC y las de Delmia .............................................77

Fig 78. Unión de las variables y los puertos ........................................................................78

Fig 79. Control de la simulación desde PLCSim ..................................................................79

Fig 80. Ejemplo de control ...................................................................................................79

Fig 81. Control de la célula a través del HMI .......................................................................80

Fig 82. Diagrama de Gantt del proyecto ..............................................................................88

11. Índice de tablas

Tabla 1. Diferencias entre simulación y emulación ................................................................ 4

Tabla 2. Elementos comerciales (Tapado) ...........................................................................36

Tabla 3. Elementos diseñados (Tapado) ..............................................................................39

Tabla 4. Elementos comerciales (Envasado) ........................................................................41

Tabla 5. Elementos diseñados (Envasado) ..........................................................................43

Tabla 6. Elementos generales ..............................................................................................44

desarrollo de un puesto de envasado …wikifab.dimf.etsii.upm.es/wikifab/images/c/cf/tfg... · esto...

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