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8/2/2019 RESUMEN_Automatizacin_P.G.F.
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Automatizacin
y
Robtica Industrial
Paul Glvez F.
paul.galvez@usm.cl
mailto:paul.galvez@usm.clmailto:paul.galvez@usm.clmailto:paul.galvez@usm.clmailto:paul.galvez@usm.cl8/2/2019 RESUMEN_Automatizacin_P.G.F.
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Agenda
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Automatizacin
Historia y definiciones
Componentes: Sensores, Actuadores, Controladores
Automatizacin y Control en el Lab. de Control Industrial
Aplicaciones: Procesos secuenciales, procesos continuos, etc.
Robtica Historia y definiciones
Robtica Industrial
Estadsticas
Componentes: Articulaciones, Eslabones, Controladores
Robtica Industrial en el Lab. de Control Industrial Aplicaciones: Manufactura, soldadura, etc.
Vocablo robota usado en 1921
Automatizacin y Robtica Industrial: Soldadura Automatizada
Visin por computador
Sensor lser de medicin de distancia
Robot Soldador
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Automatizacin
Historia y definiciones
Automation, Encyclopdia Britannica
Term coined about 1946 by D.S. Harder, a Ford Motor Co.
engineer, used to describe a wide variety of systems in which
there is a significant substitution of mechanical, electrical, orcomputerized action for human effort and intelligence
Automatic Loom (1804) J.M Jacquard
Steam Machine (1787) J. Watt
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Automatizacin
Componentes: Sensores: velocidad, posicin angular (potenciomtrico,
encoder ptico incremental), proximidad (infrarrojo,
inductivo, capacitivo), fin de carrera, flujo (turbina),
temperatura (PT-100), presin (piezo-resistivo), etc.
Actuadores: motores de corriente continua, corriente alterna,
variador de frecuencia, bombas centrfugas, vlvulas
neumticas proporcionales, vlvulas elctricas
proporcionales, vlvulas on-off, pistones neumticos,
transductores I/P, terminal de vlvulas Profibus, triacs,calefactor elctrico, radiador, etc.
Control y supervisin: controlador lgico programable PLC
- PAC, controladores PID independientes, sistemas de
control distribuido DCS, sistemas SCADA - HMI
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Automatizacin
y Clasificacin:la correa principal
la correa de clasificacin
infrarrojos
ventosas y 1 compresor
cabezal Profibus DP
DP
zorresistivos
roporcionales con transd. I/P
na
r incremental)
ntro de gravedad
Las experiencias de laboratorio consisten en:
Resolver problemas de automatizacin (eventos)
Resolver problemas de regulacin (control continuo)
Realizar experimentos para anlisis del problema
Programar y sintonizar controladores PID
Realizar experimentos para validar la solucin
Desarrollar una interfaz HMI de supervisin
Estanques en Cascada:3 estanques en cascada
1 bomba centrfuga
3 sensores de presin pie
5 vlvulas on-off
1 PLC GE 90-30
Sistema de TransporteMotor de ca que impulsa
Motor de cc que impulsa
2 sensores de proximidad
6 pistones neumticos, 2
Terminal de vlvulas con
1 PLC S7-300 CPU315-2
Mezclador:1 estanque de mezcla
2 vlvulas neumticas p
2 flujmetros tipo turbi
1 bomba centrfuga
1 PLC Siemens S7-200
1 compresor
Ascensor Prototipo:
Motor de corriente continua
Interruptores de fin de carrera
Lmparas indicadoras de piso
Botoneras de mando interno y externo
1 PLC GE-9030
Helicptero:
2 rotores de corriente continua
2 sensores de posicin angular (encode
1 servomotor de desplazamiento de ce
1 PLC Rockwell MicroLogix 1400
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Automatizacin
Aplicacin: Automatizacin de un ascensor prototipo Problema comn en edificios de altura, montacargas
Solucin mediante diagrama de estados Grafcet
Programacin de PLC en Ladder
Supervisin permite detectar fallas y conocer el estado delascensor
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Control Industrial
C
aestroporcin
Aplicacin: Control de razn de mezcla de flujos Problema comn de control de concentracin
Solucin mediante 2 controladores PID en PL
Programacin de PLC en Ladder
Flexibilidad al cambiar la referencia del flujo m Un controlador se encarga de mantener la pro
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Robtica
Spot/arc
weldingRobot
Material
handlingRobot
SCARAassembly
Robot
Asimohumanoid
Robot, Honda
2000
AIBOentertainment
Robot, Sony
2004
Robocupsoccer
challenge NAO
2050Aldebaran
AGV
DARPAchallenge
2004
Fujitsuservicerobot
2005
AUVVirginia Tech
2007
LegoMindstorms
2005
Historia y definiciones Robots industriales, de
servicio, autnomos, de campo,
de investigacin,
entretenimiento, educativos
Robots Industriales
Primera Generacin
Telemanipuladores (1950),
Brazos articulados (1960)
Segunda Generacin
Robots con sistemas sensorialesavanzados: tacto, visin, etc.
Tercera Generacin
Robots con capacidad de toma de
decisiones (en desarrollo)
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Robtica Industrial
Historia y definiciones ISO 8373 (1994)
Robot Industrial: Manipulador multipropsito
reprogramable, automticamente controlado, de tres
o ms ejes, el cul puede permanecer fijo en un
lugar o moverse, para uso en aplicaciones deautomatizacin industrial
The first industrial robot (1959), G.C. Devol & J.F. Engelberger
The first mechanical master - slave manipulator (1950) R. Goertz
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Robtica Industrial
Definicin:
Robotic Industries Association (RIA-1974)
International Federation of Robotics (IFR-1987)
Robtica Industrial: Diseo de dispositivos
manipuladores reprogramables multifuncionales para
mover partes, materiales, herramientas o aparatos
especializados mediante movimientos programados ysu aplicacin en tareas industriales
Caracterstica comn: Tareas repetitivas que se ejecutan en ambientes peligrosos para el ser humano, y/o
que exceden sus capacidades (velocidad, precisin, fuerza, potencia, visin, etc.)
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Robtica Industrial
Estadsticas - Abastecimiento (IFR)
Poblacin mundial acumulada de robotsindustriales operativos a 2007
~1.000.000
Distribucin mundial de robots industriales
suministrados en 2007 (111.000)
Asia/Australia: 52%
Europa: 31%
Amrica: 17%
Distribucin en Amrica de robots
industriales suministrados en 2007 (21.000)
USA: 77% * Canad: 14%
Mxico: 4% * Brasil: 4%
Otros: 1%
Cul es la poblacin de robots industriales
operativos en Chile?: Robotec , Roboris, Fuente: IFR - World Robotics, June 2008Cimtec, Poch
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Robtica Industrial
Estadsticas por Industria (Europa)
Robtica Industrial Fabricacin de vehculos motorizados
Ind. Qumica, gomas, plsticos
Partes de automviles
Productos metlicos
Alimentos
Maquinaria industrial y de consumo
Ind. no metlica
Elctrica, electrnica Metalurgia bsica
Comunicaciones
Robtica de Servicio
Defensa, rescate, seguridad
Campo (navegacin terrestre)
Navegacin submarina
Limpieza
Medicina
Plataformas de robtica mvil
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Robtica Industrial
Componentes Articulaciones, eslabones, transmisiones,
servomotores
Herramientas: garra, pinza, antorcha, etc.
Accesorios: posicionadores, cintas de transporte,
rieles, bandejas giratorias, estaciones de
transferencia, sistemas automticos de
almacenamiento y recuperacin AS/RS Controlador
Programador: Teach pendant PC
Software de programacin y simulacin off-line
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Robtica Industrial
Articulaciones
Tipos de robot: Cartesiano, SCARA,Cilndrico, Delta, Polar, Verticalmente
articulado
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Robtica Industrial
Servomotores
Reductores
Transmisiones
Herramientas
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Robtica Industrial
Accesorios
Rieles
Posicionadores
Estaciones de transferencia
Sistemas AS/RS
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Robtica Industrial
Software de programacin y simulacin off-line
RobotStudio de ABB
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Robtica Industrial
Componentes de un manipulador
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Robtica Industrial
Componentes de un manipulador
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Robtica Industrial
Componentes de un manipulador
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Robtica Industrial
Componentes de un robot soldador
1. Manipulador
2. Controlador
3. Teach pendant
4. Panel de operador
5. Fuente de soldadura
6. Antorcha
7. Alimentador de alambre8. Cable de potencia
9. Conduit de alambre
10. Soporte de carrete de alambre
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Robtica Industrial
Componentes de un robot soldador
1. Manipulador
2. Controlador
3. Teach pendant
4. Panel de operador
5. Fuente de soldadura
6. Antorcha
7. Alimentador de alambre8. Cable de potencia
9. Conduit de alambre
10. Soporte de carrete de alambre
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Robtica Industrial
Cundo se justifica usar un robot industrial? Se debe tener en cuenta el volumen de produccin. Hay una
zona donde los sistemas de robtica industrial pueden
presentar los menores costos de fabricacin por unidad, en
comparacin con el trabajo humano y los sistemas de
fabricacin automatizada
Beneficios adicionales
Calidad uniforme
Continuidad de la produccin
Disminucin de riesgos laborales
Flexibilidad, escalabilidad
Dificultades de aplicacin
Variabilidad de materiales y procesos
Estructuracin de la produccin
Necesidad de equipamiento auxiliar Fuente: IEEE Robotics & Automation Magazine, June 2003
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Robtica Industrial
La automatizacin permite ampliar la zona deaplicacin de la robtica industrial
Instrumentacin industrial (sensores, actuadores)
Sistemas de transmisin y recoleccin de datos
(redes industriales)
Sistemas de control: PLC, PAC, DCS
Software para supervisin en tiempo real
Tcnicas avanzadas de control automtico
Visin por computador
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Robtica Industrial
Celda de Manufactura Flexible (CIMA):
Robot KUKA KR-15 de 6 grados de libertad + riel
Controlador KCR + KUKA-Control-Panel (KCP) Windows
Garra neumtica
Cinta transportadora
Estacin de transferencia neumtica
PLC LG Glofa
Brazo Robtico Mitsubishi RV-2AJ: Robot con 5 grados de libertad
Garra elctrica
Controlador RISC CR1 + Teach Pendant
Programacin por PC + TCP/IP+ MELFA Basic IV
Bandeja giratoria
Sensor de proximidad capacitivo
Brazo Robtico Scorbot ER-III:
Robot con 5 grados de libertad
5 sensores de posicin angular (encoder incremental)
Controlador basado en microcontrolador 8031
Programacin por PC+puerta serial+ Scorbase
Cinta transportadora
Bandeja giratoria
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Robtica Industrial
Aplicacin: Programacin de una celda de
manufactura (CIMA) El robot se programa en lenguaje Basic especfico
El PLC se programa en Ladder a partir de diagrama de estados Grafcet,
para enviar /recibir seales del robot - estacin de transferencia
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Soldadura Automatizada
Proyecto CAINSA, CORFO INNOVA Ingeniera conceptual para la automatizacin de la
manufactura de tolvas para camiones mineros
Carga nominal 290 [ton]
Dimensiones de la tolva
piso 8.5x9 [m2]
2 laterales 8.5x3.5 [m2]
frente 9x3.5 [m2]
visera 9x4 [m2
]
Se requiere de un equipo de soldadores GMAW certificados
Exposicin a condiciones ambientales de trabajo adversas
Estrs fsico por mala postura y limitado alcance (cordones de gran longitud)
Escasez de personal calificado
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Soldadura Automatizada
Requerimiento Operacional Proveer una rpida respuesta a demanda por
repuestos, reparaciones y/o reemplazos de tolvas
para camiones mineros
Requerimientos de I+D
Estructurar la lnea de produccin, y estandarizar las
materias primas
Utilizar tecnologas de automatizacincomplementarias para lograr que el robot se adapte a
cambios en los materiales y sea tolerante a errores
de posicionamiento y de manufactura de piezas
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Soldadura Automatizada
Soldadura robtica adaptable Funciones de soldadura provistas por los fabricantes
Touch sensing (TS)
Through arc seam tracking (TAST)
Root pass memorization (RPM)
Weaving
Dispositivos especficos
Visin lser / visin por computador para deteccin de cordn
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Soldadura Automatizada
Arquitectura de la solucin propuesta
Combinar las funciones de
seguimiento de cordn
provistas por los
fabricantes con sistema de
visin por computador
para la actualizacin de la
ruta de soldadura, previoa realizar la soldadura
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Soldadura Automatizada
Arquitectura de la solucin propuesta
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Soldadura Automatizada
Pruebas 2D Pruebas 3D
1
2
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Soldadura Automatizada
Resultados 2D Resultados 3D
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Soldadura Automatizada
Trabajo actual y futuro Obtencin de coordenadas de soldadura a partir de dibujos CAD
Diseo de celda de soldadura adaptiva robotizada
Soldadura colaborativa multi-robots
Fuente:Robotics Research Group, The University of Texas at Austin, USA
http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/8/2/2019 RESUMEN_Automatizacin_P.G.F.
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Conclusiones La automatizacin y la robtica industrial permiten
aumentar la productividad, disminuir riesgos laborales
y uniformar la calidad de la produccin
El desarrollo de proyectos en esta rea requiereparticipacin multidisciplinaria, p. ej. entre
ingenieros electrnicos y mecnicos
Integrar automatizacin con robtica industrial es una gran
oportunidad de desarrollo de nuevos proyectos El xito de los proyectos depende de los usuarios, p. ej.,
de soldadores GMAW certificados
http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/http://www.robotics.utexas.edu/rrg/Recommended