RESUMEN_Automatización_P.G.F

8/2/2019 RESUMEN_Automatizacin_P.G.F.

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Automatizacin

y

Robtica Industrial

Paul Glvez F.

[email protected]
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]


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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



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Robtica Industrial



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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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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 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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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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Arquitectura de la solucin propuesta


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Pruebas 2D Pruebas 3D

1

2


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Resultados 2D Resultados 3D


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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/


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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/

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