APLICACIÓN DIDÁCTICA DE LA PLATAFORMAiQWORKS EN EL CAMPO DE LAAUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

JUAN CAMILO RODRIGUEZ RUEDA

ANDREA BEATRIZ LATORRE ANGEL

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

BOGOTÁ

2014

APLICACIÓN DIDÁCTICA DE LA PLATAFORMAiQWORKS EN EL CAMPO DE LAAUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

JUAN CAMILO RODRIGUEZ RUEDA

ANDREA BEATRIZ LATORRE ANGEL

Trabajo de grado presentado como requisito para

optar al título de Ingeniero en Mecatrónica

Tutor

Oscar Fernando Avilés Sánchez Ph.D.

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

BOGOTÁ

2014

Agradecimientos

Este trabajo de grado que hoy culmina está dedicado en primer lugar a Diosquien nos dio el entendimiento, la constancia y el éxito para lograr esta granmeta que hoy exponemos en estas páginas, de igual forma, queremos agradecera todas aquellas personas que aportaron en su culminación, a nuestros Padres,Alejandro Latorre, Carolina Ángel, Raúl Rodríguez y Gloria Rueda, a nuestroshermanos Julián Latorre, Cesar Rodríguez, Oscar Rodríguez y Marcela Rodrí-guez, quienes con su persistencia y apoyo incondicional forjaron nuestra moti-vación para alcanzar este sueño, igualmente, agradecer a la Universidad MilitarNueva Granada la cual nos brindó las herramientas para canalizar nuestros co-nocimientos y habilidades en pro de buscar una mejor sociedad; durante estecamino queremos darle las gracias al Ingeniero Oscar Avilés y demás profesoresquienes con su acompañamiento y respaldo nos guiaron por el camino del inte-lecto, por ultimo queremos enviar un gran sentido de agradecimiento a nuestrosamigos Cristian Hernández, Alexis Ghisays y Felipe Duarte quienes nos brinda-ron la Lealtad y la Alegría que enmarca la verdadera palabra llamada Amistad.

Índice general

1. INTRODUCCIÓN 131.1. Justi�cación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.2. Planteamiento del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.3. Revisión de la literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.3.1. Primer Robot que colabora directamente con trabajadoresen la fábrica de Volkswagen . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.3.2. Procesos Automáticos de Ensamblado con ayuda de RobotsKUKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.3.2.1. Mayor �exibilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.3.2.2. Alta productividad . . . . . . . . . . . . . . . . 161.3.2.3. Espacio de trabajo mínimo . . . . . . . . . . . . 17

1.3.3. La Robótica en Construcción de Automóviles . . . . . . . 171.3.4. Paletización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.3.5. Trabajos de Fundición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.4. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.4.1. General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.4.2. Especí�cos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.5. Organización de la Tesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2. LA AUTOMATIZACIÓN 222.1. Tipos de automatización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.1.1. Automatización �ja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.1.2. Automatización �ja o programable . . . . . . . . . . . . 272.1.3. Automatización Flexible . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.1.4. Automatización integrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.2. Tecnologias de automatización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.2.1. Tecnologías para la automatización . . . . . . . . . . . . 29

2.2.1.1. Tecnologías cableadas . . . . . . . . . . . . . . . 292.2.1.2. Tecnologías Programadas o programables . . . . 29

2.2.2. De�nición de un proceso de producción . . . . . . . . . . 302.2.2.1. Producción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.2.2.2. Postproducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.2.3. Sistemas de Manufactura Flexible . . . . . . . . . . . . . 312.2.3.1. Sistemas de movimiento de piezas . . . . . . . . 32

4

2.2.3.2. Sistemas de movimiento de herramientas . . . . 332.3. Celdas de Trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332.4. Tipos de Tecnologías de Automatización . . . . . . . . . . . . . 35

2.4.1. CAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.4.2. CAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.4.3. CAE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.4.4. CIM-CEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.4.5. PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.4.5.1. Clasi�cación de los PLC . . . . . . . . . . . . . . 422.4.6. Sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.4.7. Actuadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

2.4.7.1. Tipos de Actuadores . . . . . . . . . . . . . . . . 472.4.8. Redes Industriales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472.4.9. Buses de Campo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

2.4.9.1. Redes ASI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482.4.9.2. Pro�bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482.4.9.3. Device Net . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492.4.9.4. Compobus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

2.4.10. Buses orientados a dispositivos . . . . . . . . . . . . . . . 502.4.10.1. CAN BUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512.4.10.2. LONWorks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3. REDES DE PETRI 533.1. Proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533.2. De�nición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533.3. Simulador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553.4. Simulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563.5. Pesos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623.6. Semántica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633.7. Otros tipos de redes de Petri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4. MELFA WORKS 644.1. Caracteristicas generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644.2. Con�guración robots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

4.2.1. Iniciar MelfaWorks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654.2.2. Crear un Proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664.2.3. Ensamble del Gripper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 694.2.4. Delimitación del Espacio de Trabajo . . . . . . . . . . . . 704.2.5. Creación de Puntos y Trayectorias . . . . . . . . . . . . . 724.2.6. Simulación y Movimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

5. DESCRIPCIÓN ENTORNO 785.1. MelfaWorks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

5.1.1. La interface entre el hombre y la técnica . . . . . . . . . . 795.1.2. Auténtica simulación del entorno . . . . . . . . . . . . . . 795.1.3. Reducción de costos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

5.2. Melfa-Vision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 795.3. RT-ToolBox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 805.4. GX Works . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 805.5. MELSOFT Navigator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

6. SIMULACIÓN Y VALIDACIÓN 826.1. Manual técnica de coordinación . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

6.1.1. Con�guración del Workspace . . . . . . . . . . . . . . . . 826.1.2. Creación de SUBPROGRAMAS . . . . . . . . . . . . . . 88

6.1.2.1. Programa en GX WORKS2 . . . . . . . . . . . . 886.1.2.2. Programa en RT Toolbox . . . . . . . . . . . . . 93

6.1.3. Técnica de Coordinación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 986.1.4. Simulación O�-Line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

7. DELIMITACION Y ALCANCE 1047.1. Conceptual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1047.2. Geogra�ca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1047.3. Temporal y Cronológico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

Índice de �guras

1.1. Robot UR5 (Copyright Universal Robots A/S)[1] . . . . . . . . . 151.2. Robots KUKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.3. Robots en la Industria Automotriz . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.4. Robot (Paletizacion) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.5. Robot en Trabajos de Fundicion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.1. Ejemplo de un proceso continuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.2. Linea de ensamble de un automovil (proceso discreto) . . . . . . 242.3. Proceso de producción de Cerveza . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.4. Piramide de Automatización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.5. Organización de las tecnologias de la Automatización . . . . . . . 292.6. Modelo de una celda de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.7. Cuadro de relacion entre las islas de la Automatización . . . . . 382.8. Explicacion gra�ca de los niveles de un Sistema CIM . . . . . . . 402.9. Diagrama de Flujo del funcionamiento del PLC en un entorno

Industrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.10. Diagrama de la Arquitectura de un PLC . . . . . . . . . . . . . . 422.11. Bloques de un PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432.12. Esquema de un Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462.13. Esquema de Bus de Campo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472.14. Esquema de una Red Industrial Pro�bus . . . . . . . . . . . . . . 482.15. Esquema de una Red DeviceNet . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.1. Esquema de una Red de Petri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543.2. Lugares, transiciones, marcas y señales de una RdP . . . . . . . . 543.3. Secuencia de Proceso de Ensamblaje . . . . . . . . . . . . . . . . 563.4. Simulación (Parte 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573.5. Simulación (Parte 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583.6. Simulación (Parte 3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593.7. Simulación (Parte 4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603.8. Simulación (Parte 5) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613.9. Simulación (Parte 6) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623.10. Ejemplo de una Red de Petri con pesos en los arcos . . . . . . . 623.11. Activación de una transicion (Semántica) . . . . . . . . . . . . . 63

7

4.1. Pantalla Principal SolidWorks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654.2. Ventana de Funciones Principales del programa . . . . . . . . . . 654.3. Ventana de Estado de comunicación Robot - Controlador Virtual 664.4. Ventana para la creación de un nuevo espacio de trabajo . . . . 674.5. Seleccionar boton Robot setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 674.6. Ventana de Robot Setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 674.7. Ventana de seleccion del controlador . . . . . . . . . . . . . . . . 684.8. Ventana de Seleccion de Robot a usar . . . . . . . . . . . . . . . 684.9. Gripper y sus ejes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 694.10. Imagen para insertar el gripper al espacio de trabajo . . . . . . 694.11. Ventana de Robot details setting para ensamble de gripper . . . 704.12. Espacio de Trabajo para los Robots . . . . . . . . . . . . . . . . 704.13. Espacio de Trabajo con los Robots . . . . . . . . . . . . . . . . . 714.14. Con�guracion y ensamble de Robots . . . . . . . . . . . . . . . . 714.15. Ventana de Robot Operation, para identi�cacion de coordenadas

del mismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 724.16. Ventana para la creacion de secuencia de puntos o trayectorias

del Robot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 734.17. Ventana para guardar los puntos obtenidos del Robot . . . . . . 734.18. Ventana de simulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 744.19. Encendido del Virtual Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . 744.20. Veri�cacion de conexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 754.21. Ventana para la ejecución del programa realizado . . . . . . . . 754.22. Ventana de carpeta RC1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764.23. Ubicacion del Programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764.24. Ejecución del programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 774.25. Ventana de visualización de la simulación . . . . . . . . . . . . . 77

5.1. Esquema iQ Works . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

6.1. Ventana para la creación del nuevo Workspace . . . . . . . . . . 836.2. Ventana para la con�guración del modulo . . . . . . . . . . . . . 836.3. Ventana principal de Melsoft Navigator . . . . . . . . . . . . . . 846.4. Ventana para seleccion de los componentes del PLC . . . . . . . 846.5. Ventana para añadir nuevo robot . . . . . . . . . . . . . . . . . . 856.6. Ventana para con�guración de modulos . . . . . . . . . . . . . . 856.7. Ventana para la selección de la con�guración de red . . . . . . . 866.8. Con�guración de los registros de memoria . . . . . . . . . . . . . 866.9. Comunicación con GX WORKS2 y RT-TOOLBOOX . . . . . . . 876.10. Con�guración de programas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 876.11. Asignación de programas para cada modulo . . . . . . . . . . . . 886.12. Con�guración del PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 886.13. Con�guración proyecto en GX Works . . . . . . . . . . . . . . . . 896.14. Ventana principal GX Works . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 896.15. Ventana de Parametros para manipulador 1 . . . . . . . . . . . . 906.16. Ventana de Parametros para manipulador 2 . . . . . . . . . . . . 90

6.17. Ventana de con�guración de la CPU . . . . . . . . . . . . . . . . 916.18. Creación del programa de instrucciones . . . . . . . . . . . . . . 926.19. Programación de la rutina de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . 926.20. Veri�cación del correcto funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . 936.21. Ventana para cargar el programa a la memoria virtual . . . . . . 936.22. Ventana principal RT-TOOLBOX . . . . . . . . . . . . . . . . . 946.23. Creación de nuevo proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 946.24. Selección de manipulador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 956.25. Estado de la comunicación con el robot . . . . . . . . . . . . . . 956.26. Simulación o�ine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 956.27. Adición de nuevo robot al proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . 966.28. Creación de nuevo programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 966.29. Nuevo programa para el robot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 976.30. Ventana para añadir trayectorias del robot . . . . . . . . . . . . . 976.31. Editor de posición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 986.32. Guardar con�guración deseada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 986.33. Vista superior espacio de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 996.34. Ventana principal de SolidWorks y Melfa Works . . . . . . . . . . 1006.35. Con�guración de simulación online . . . . . . . . . . . . . . . . . 1006.36. Selección de robots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1016.37. Ventana para el encendido del controlador . . . . . . . . . . . . . 1016.38. Ventana de conexión exitosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1026.39. Ejecución de programas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1026.40. Transferencia de programas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1026.41. Visualización de los robots en movimiento . . . . . . . . . . . . 103

1. Manual MelfaWorks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1112. Manual RT-TOOLBOX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1123. Manual Robot RV-6SQ/6SQL Series . . . . . . . . . . . . . . . . 1134. Manual Robot RV-3SQ/3SQJ/3SQB/3SQJB Series . . . . . . . . 114

Índice de cuadros

2.1. Ventajas de los sistemas FMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.1. Tabla de Descripción de la Ventana Principal de MelfaWorks . . 66

10

Resumen

El desarrollo de este trabajo de grado se hizo con el �n de diseñar un al-goritmo de control para la aplicación de robótica colaborativa en aplicacionesindustriales, implementando métodos apropiados para la ejecución de tareas enun entorno didáctico. En este caso el ambiente industrial fue el de una plan-ta ensambladora de automóviles, la cual cuenta con un proceso de ensamblajesencillo. Nosotros lo diseñamos así con el �n de observar los cambios de hacerel trabajo con un solo robot y la implementación de Robótica Colaborativa enesta aplicación.

El trabajo fue realizado utilizando 2 robots Mitsubishi Electric® con lasreferencias Melfa RV-3SQB y el otro es un Melfa RV-6SQL, los cuales se en-cuentran en la sede principal de la Universidad Militar Nueva Granada. Losprimeros pasos para este proyecto fue aprender a utilizar los robots y asistira unas charlas de inducción para el manejo de los mismos, esto conllevo a unanálisis concreto sobre cómo iba ser el proceso que íbamos a desarrollar, encon-trar los limitantes del proyecto y saber delimitarlo para no cometer errores ysobredimensionar lo que se puede lograr con robots de este calibre. Medianteun tiempo estuvimos desarrollando diseños de procesos industriales y decidimosescoger el ensamblaje de automóviles, ya que es un proceso que está prosperandoen Colombia y que de una forma didáctica es sencillo implementar. Tomamosparte de las sugerencias realizadas por los docentes y realizamos una investi-gación sobre cómo era el proceso de ensamble de un automóvil y llegamos adesarrollar un método de ensamble de acuerdo a lo que podíamos implementarcon los robots, paralelo a esto se fue desarrollando como es normal un algoritmode control para los robots en un ambiente automatizado, lo primero fue crearla secuencia lógica mediante un diagrama funcional llamado GRAFCET el cualsería la base para crear un sistema de eventos paralelo, el cual sería aplicadomediante Redes de Petri.

Teniendo lista la parte de control se procedió al diseño del automóvil a ensam-blar y su ambiente de trabajo, todo fue diseñado en el Software de SolidWorkspara poder implementarlo en la segunda fase con el Software de MelfaWorks,que es un programa para hacer la simulación de los robots en funcionamientocon su área de trabajo respectiva. Con el segundo programa se hace la veri-�cación de distancias, tiempos, tamaños, algoritmos que son utilizados en elensamblaje del automóvil, con el �n de veri�car que no vayan a haber choques,distancias inalcanzables para los robots y poder mejorar así los tiempos muertos

11

para hacer más rápido el proceso de ensamble. Toda la simulación del procesofue realizada en MelfaWorks el cual es un complemento al programa SolidWorks,todas las piezas realizadas y los robots encontrados en la simulación son a unaescala adecuada para ser implementados en la vida real.

Palabras Claves: Robótica, automatización, control, redes de Petri, Mel-faWorks, Robótica Colaborativa, diseño, SolidWorks, Robots Mitsubishi, RT-TOOLBOX, MELSOFT Navigator.

Capítulo 1

INTRODUCCIÓN

La automatización industrial en el período moderno propone plantear solu-ciones a problemas del diario vivir, como tal se ha propuesto mejorar y dar laposibilidad a que las personas interesadas en desarrollar procesos industrialestengan las herramientas necesarias para poder diseñar, simular e implementarsus desarrollos. Por estos motivos, se plantea el uso de un par de robots parael desarrollo de una labor, en la cual se implemente la robótica colaborativapara la automatización y control de dicho proceso. La solución que se le dio aeste proyecto es realizar una selección de un proceso industrial donde se viera laaplicabilidad de la robótica colaborativa y en donde ya existieran antecedentespara su posterior comparación. La industria de los automóviles fue la escogi-da para el desarrollo de esto proyecto, es una industria donde están surgiendoavances muy importantes en tecnología, los cuales tienen que ser aplicadas enindustria nacional, con �nes de crecimiento económico, tecnológico y sobre todola innovación de nuevos procesos tecnológicos para el progreso de la industria.De manera correcta la robótica ha llegado a introducirse en las tareas dondeel humano se le es peligroso ejecutar una acción o no esta en las capacidadesfísicas para hacerlo, de esta manera se puede implementar la robótica colabo-rativa en las industrias ensambladoras de automóviles, ya que utilizando estetipo de robots se puede optimizar los procesos, haciéndolos más seguros para elser humano y así mismo poder ayudar con la parte de disminución de costos,tiempo, energía y demás recursos fundamentales en la industria moderna.

1.1. Justi�cación

La razón por la cual se plantea este trabajo de grado, es debido a unanecesidad de respaldo por parte de los robots en el momento de ejecutar tareasespecí�cas. La mayoría de aplicaciones se basan en procesos industriales, en loscuales es necesario la ayuda humana o la ayuda de diferentes mecanismos parasu realización. La idea es poder brindar una herramienta de solución, en la cualel robot cumpla con dicha labor, mejorando el proceso para brindar una mayor

13

calidad del producto y generando bene�cios para la industria.Uno de los bene�cios más importantes al implementar dicha solución, es

cuidar a los trabajadores de algún tipo de riesgo que se pueda presentar en elmomento de ejecutar una tarea, tales como, fracturas o lesiones graves, debidoa que los elementos que tienen que manipular son pesados y cualquier descuidopuede conllevar a un accidente. Con este proyecto se buscará que las empre-sas hagan inversiones en el campo de la ciencia y la tecnología para fomentarel progreso en las industrias, generando mayor competitividad con los paísesposicionados en el campo de las plantas industriales automatizadas.

1.2. Planteamiento del problema

Debido a la falta de tecnología en los procesos industriales, los humanostienen que ejecutar tareas las cuales podrían ser realizadas con ayuda de robots,con el �n de ejecutar los procesos con una mayor precisión, mejorando la calidaddel producto, los tiempos de producción y un factor importante como lo esla seguridad del usuario. Por estos motivos, se plantea como alternativa desolución, el uso de un par de robots para el desarrollo de una labor, en la cual seimplemente la robótica colaborativa para la automatización y control de dichoproceso.

1.3. Revisión de la literatura

1.3.1. Primer Robot que colabora directamente con traba-jadores en la fábrica de Volkswagen

El grupo fabricante de coches Volkswagen ha integrado un brazo robóticoindustrial del fabricante danés Universal Robots en la producción en serie de suplanta en Salzgitter, en Alemania. El robot liviano UR5 que se ve en la �gura1.1, el cual se encuentra instalado en la sección de montaje de las cabezas de loscilindros, donde se encarga de manipular delicados calentadores (glow plugs).Este es el primer robot colaborativo utilizado por Volkswagen en todo el mundo.Debido a su sistema integrado de seguridad, el brazo robótico de seis ejes tra-baja directamente junto a las personas sin necesidad de barreras de protección.Contribuye así de forma signi�cativa a optimizar procesos de trabajo ergonó-micos. La fábrica de Volkswagen en Salzgitter, con una super�cie de 2.800.000metros cuadrados, es una de las mayores plantas de fabricación de motores delmundo. Unos 6.000 empleados fabrican allí cerca de 7.000 motores de gasolinay diésel en más de 370 versiones cada día. Los motores de 3 a 16 cilindros seinstalan en los distintos modelos y marcas del grupo Volkswagen. El fabricantede coches ha instalado recientemente un brazo robótico industrial colaborativodel fabricante danés Universal Robots para trabajar lado a lado al personal de lasección de montaje de cabezas de los cilindros de la fábrica con el �n de insertarcalentadores en las cabezas de los cilindros. Gracias a su sistema de seguridadintegrado (según la norma EN ISO 10218), el robot industrial puede trabajar

lado a lado a las personas. El robot está equipado con una pinza colaborativadiseñada por el integrador del sistema Faude Automatisierungstechnik en ex-clusiva para Volkswagen y que cumple los requisitos de seguridad de la normaISO/TS 15066, la especi�cación estándar para los robots colaborativos. El robotse ha podido integrar así en la línea de producción, sin necesidad de una cajade protección adicional.1[2]

Figura 1.1: Robot UR5 (Copyright Universal Robots A/S)[1]

1.3.2. Procesos Automáticos de Ensamblado con ayuda deRobots KUKA

En la planta de carrocerías de Mercedes para la clase A como se ve en laFigura 1.2, DaimlerChrysler trabaja con diferentes procesos de ensamblado. Porejemplo, deben colocarse aproximadamente 3.900 puntos de soldadura a 290 pie-zas de chapa distintas. Cuando este fabricante de automóviles buscó robots parala automatización, en la parte superior de la lista de prioridades se encontrabantiempos de ciclos cortos como condición fundamental de una gran capacidad deaceleración. Hoy 330 robots KUKA comparten las tareas en la planta de carro-cerías de Rastatt. Otros 50 robots KUKA se encuentran allí en el montaje ytratamientos super�ciales, colocando cristales y sellando cordones de soldadura.El proceso más importante de ensamblado es la soldadura por puntos, en dondelos robots colocan hasta 28 puntos en 60 segundos, todo complementado portécnicas de agrafado, soldadura de pernos, pegado y atornillado. El útil utiliza-do para la soldadura de puntos es una pinza accionada por hidráulica de agua,que alcanza los altos valores de fuerza de pinza necesarios. Al mismo tiempo,la pinza de soldadura hidráulica posibilita un contacto suave y también un au-mento suave de la presión. Con ello se obtiene una profundidad de marcadodisminuida aumentando la resistencia de la unión soldada, y también ventajasde presentación óptica, que naturalmente dependen del tiempo de aplicaciónde la presión. Otro de los procesos aplicados en Rastatt es el del pegado consoldadura por puntos; un método que combina la soldadura por puntos con unpegamento estructural, aplicado antes de la soldadura y que endurece más tarde.El pegado con material estructural, que ofrece además una mejor presentación

1Robot implementado en fabricas para el desarrollo de nuevos avances tecnologicos [2]

visual, reemplaza la soldadura en las puertas; en la unión de las paredes late-rales al piso, se utiliza nuevamente la soldadura por puntos. En la aplicaciónde pegamentos y de sellantes, los robots consiguen valores altos referentes a lacalidad y la velocidad de trayectoria, que no pueden ser realizados de formamanual. [3]

Figura 1.2: Robots KUKA

Resultado/Éxito

1.3.2.1. Mayor �exibilidad

DaimlerChrysler utiliza corrientemente robots KUKA tipo IR 360/125 e IR360/150. Los dos tipos de robots mecánicamente iguales, de construcción mo-dular, se diferencian únicamente en la capacidad de carga, que el fabricanteaumenta solamente por adición de una compensación de peso aumentada de125 a 150 kg. Esta alta �exibilidad en relación a la capacidad de carga, fueun punto decisivo para la compra, porque por ello, DaimlerChrysler pudo reac-cionar económica y rápidamente frente a útiles modi�cados y más pesados, ypuntos de aplicación de la herramienta más complicados.

1.3.2.2. Alta productividad

Debido a la exactitud de la trayectoria, vida útil prolongada, una disponi-bilidad de cerca del 100 por ciento y una programación por aprendizaje fácil,los robots son sinónimos de alta productividad durante toda su vida útil. Otraventaja económica lo representa la restricción a una sola clase de robot con lamisma capacidad de carga; una ventaja que simpli�ca mantenimiento y servicio,así como también entrenamiento del personal y el almacenamiento reducido derepuestos.

1.3.2.3. Espacio de trabajo mínimo

Como ejemplo para el espacio reducido necesario para los robots KUKA, setiene una célula, en la cual se encuentran instalados dos robots con un campode trabajo de 360°. Los robots deben efectuar trabajos de atornillado en unespacio muy reducido, recoger de un transporte de cargas travesaños de aluminioy aplicar las memorias de datos móviles para el mando de la producción de laclase A.

1.3.3. La Robótica en Construcción de Automóviles

La industria automovilística ha sido gran impulsora de la robótica industrial,empleando la mayor parte de los robots hoy en día instalados. La tarea másfrecuente robotizada dentro de la fabricación de automóviles ha sido sin dudaalguna la soldadura de carrocerías. En este proceso, dos piezas metálicas seunen en un punto para la fusión conjunta de ambas partes, tal como se ve enla Figura 1.3, asi mismo denominándose a este tipo de soldadura por puntos.La robotización de la soldadura por puntos admite dos soluciones: el robottransporta la pieza presentando ésta a los electrodos que están �jos, o bien, elrobot transporta la pinza de soldadura posicionando los electrodos en el puntoexacto de la pieza en la que se desea realizar la soldadura.

El optar por uno u otro método depende del tamaño, peso y manejabilidad delas piezas. En las grandes líneas de soldadura de carrocerías de automóviles, estaspasan secuencialmente por varios robots dispuestos frecuentemente formando unpasillo, los robots, de una manera coordinada, posicionan las piezas de soldadurarealizando varios puntos consecutivamente. [4]

Figura 1.3: Robots en la Industria Automotriz

1.3.4. Paletización

La paletizacion es un proceso básicamente de manipulación, consistente endisponer de piezas sobre una plataforma o bandeja (palet), tal como se observa

en la Figura 1.4. Las piezas en un palet ocupan normalmente posiciones pre-determinadas, procurando asegurar la estabilidad, facilitar su manipulación yoptimizar su extensión. Los palets son transportados por diferentes sistemas(cintas transportadoras, carretillas, etc.) Llevando su carga de piezas, bien a lolargo del proceso de fabricación, bien hasta el almacén o punto de expedición.[3]

Figura 1.4: Robot (Paletizacion)

Dependiendo de la aplicación concreta, un palet puede transportar piezasidénticas (para almacenamiento por lotes por ejemplo), conjuntos de piezas di-ferentes, pero siempre los mismos subconjuntos procedentes de ensamblados) ocargas de piezas diferentes y de composición aleatoria (formación de pedidosen un almacén de distribución). Existen diferentes tipos de maquinas especi�caspara realizar operaciones de paletizado. Estas frente al robot, presentan ventajasen cuanto a velocidad y coste, sin embargo, son rígido en cuanto a su funciona-miento, siendo incapaces de modi�car su tarea de carga y descarga. Así pues,los robots realizan con ventaja aplicaciones de paletizacion en las que la forma,numero o características generales de los productos a manipular, cambian conrelativa frecuencia. En estos casos, un programa de control adecuado permite re-solver la operación de carga y descarga, optimizando los movimientos del robot,aprovechando la capacidad del palet o atendiendo a cualquier otro imperativo.Generalmente, las tareas de paletizacion implican el manejo de grandes cargas,de peso y dimensiones elevadas. Por este motivo, los robots empleados en estetipo de aplicaciones acostumbran a ser robots de gran tamaño, con una capa-cidad de carga de 10 a 100kg. No obstante, se pueden encontrar aplicacionesde paletizacion de pequeñas piezas, en las que un robot con una capacidad decarga de 5Kg. es su�ciente. Las denominadas tareas de Pick and place, aunqueen general con características diferentes al paletizado, guardan estrecha relacióncon este. La misión de un robot trabajando en un proceso de pick and place

consiste en recoger piezas de un lugar y depositarlas en otro.

1.3.5. Trabajos de Fundición

La fundición por inyección fue el primer proceso robotizado (1960). En esteproceso el material usado, en estado liquido, es inyectado a presión en el molde.Este ultimo esta formado por dos mitades que se mantienen unidas durantela inyección del metal mediante la presión ejercida por dos cilindros. La piezasolidi�cada se extrae del molde y se enfría para su posterior desbardado. Elmolde, una vez limpio de residuos de restos de metal y adecuadamente lubricado,puede ser usado de nuevo. Todo esto puede ser observado como ejemplo en laFigura 1.5.[5]

Figura 1.5: Robot en Trabajos de Fundicion

1.4. Objetivos

1.4.1. General

Desarrollar una aplicación didáctica para el uso de la plataforma iQWorksaplicado a un proceso de automatización industrial en la ejecución de tareaspropias de robots en un entorno didáctico.

1.4.2. Especí�cos

Utilizar la plataforma MELFA-Works para la simulación de las tareasdesarrolladas por los dos robots Mitsubishi en el cumplimiento de un ob-jetivo.

Aplicar una técnica de coordinación a un proceso automatizado utilizandolos robots Mitsubishi dispuestos por la universidad.

Utilizar las Redes de Petri, con el �n de dar un tratamiento individuala procesos independientes, paralelos o compartidos en el desarrollo de unproceso industrial.

Usar los diferentes Software y Hardware de Mitsubishi Electric para simu-lar un proceso industrial en un entorno didáctico, en base a un prototipoa escala, evidenciando la automatización en la ejecución de una tarea es-pecí�ca.

1.5. Organización de la Tesis

La tesis presentada viene dada por una explicación de toda la teoría utiliza-da para su desarrollo en la cual se contempla toda la parte de AutomatizaciónIndustrial, Redes de Petri, desarrollo CAD en SolidWorks y aplicación de ro-bótica colaborativa con el complemento MelfaWorks y la gama de programasiQ Works. Para desarrollar el proyecto fue necesario realizar una investigaciónconcreta sobre los elementos con los cuales se interactuó para desarrollar lo pro-puesto en los objetivos. Todo esto con el �n de tener claridad en los aspectostécnicos de los robots Mitsubishi utilizados, también era de suma importanciatener claro cómo era el uso de los robots y su mantenimiento, para esto fueronconsultados los manuales de usuario encontrados en la página del fabricanteMitsubishi Electric Corporation. También se podrá observar las simulaciones deRedes de Petri en HPSim con la explicación lógica del proceso de ensamblajedel automóvil, por último se concluirán todos los resultados obtenidos y se mos-traran en un análisis el cual dará validación a todo lo propuesto en los objetivosdel proyecto.

Capítulo 2

LA AUTOMATIZACIÓN

La historia de la automatización comienza con la introducción de las má-quinas (mecanización) para producir grandes cantidades de productos, para locual era imprescindible dividir el trabajo en tareas más pequeñas y sencillas. Lamecanización a gran escala dio lugar al comienzo de la automatización. Con elobjetivo de de�nir el concepto de automatización los referentes a sistema auto-matizados tenemos como el pionero en la creación de sistemas automáticos fueKtesibios [(en griego Κτησvίβιος Ktêsíbios) (trabajó 285 A.C. � 222 A.C.) fue uninventor y matemático griego de Alejandría (siglo III A.C.). Sus contribucionesa la investigación de los fenómenos naturales, así como de la geometría son sóloinferiores a los de Arquímedes. Escribió el primer tratado cientí�co acerca delaire comprimido, empleando para su elaboración bombas neumáticas e inclusocañones. Estas investigaciones, junto con los ensayos de elasticidad del aire Neu-mática, le han concedido la fama de ser "padre de la neumática". Ninguno desus escritos ha sobrevivido, incluyendo su Memorabilia. La compilación de sustrabajos fue recogida íntegramente por Ateneo de Náucratis que le menciona ensu obra, aunque se conoce por Filón de Bizancio (uno de sus discípulos) y MarcoVitrubio Polión] de Alejandría, que vivió en el 300 AC. Su invento consistía enun regulador de �otador que tenía como objetivo controlar la entrada del aguaa un reloj de agua mediante una válvula de enchufe conectada a un �otador demadera en un tanque. Una gota en el nivel del agua en el tanque produciría queel �otador se cayera, abriendo la válvula para dejar entrar más agua y mantenerel nivel de agua en el tanque. Posteriormente los antiguos egipcios unieron bra-zos mecánicos a las estatuas de los dioses. Los sacerdotes eran los encargadosmediante la gracia divina de inspirar movimientos a las máquinas. No fue hastalos siglos XVII y XVII cuando surgen los primeros muñecos mecánicos que pre-sentan unas características muy similares a los robots actuales. La revoluciónindustrial produjo la aparición de nuevas creaciones mecánicas dentro del campode la industria indico que el mayor avance en la automatización de la época fuela aparición de los motores de vapor inventados por James Watt. En la épocade �nales del siglo XX y principios del siglo XXI Parasuraman de�ne de formamás completa el concepto de automatización mediante tres rasgos básicos: [6, 7]

22

Control automático de la fabricación de un producto producido en unnúmero de etapas sucesivas.

El uso del control automático a cualquier rama de la ciencia o su aplicaciónen la industria.

El tercer rasgo característico es el resumen de las dos anteriores; y consisteen el empleo de dispositivos electrónicos o mecánicos para sustituir trabajohumano.

La Real Academia de las Ciencias Físicas y Exactas de�ne la automática comoel conjunto de métodos y procedimientos para la sustitución del operario en ta-reas físicas y mentales previamente programadas. De esta de�nición original sedesprende la de�nición de la automatización como la aplicación de la automáticaal control de procesos industriales. Por otro lado vemos que la automatizaciónes una disciplina que integra varias ramas del conocimiento tales como: electri-cidad, electrónica, química, mecánica, comunicaciones, control, programación,física, etc. Lo cual hace que la utilización de todas estas áreas en conjunto for-me sistemas los cuales pueden variar su robustez dependiendo de la tarea que elsistema tenga encomendada, estas aplicaciones son implementadas con el �n decumplir con los procesos industriales con mayor e�ciencia, calidad, seguridad yen la mayoría de los casos una disminución de costos de producción y aumentarla rentabilidad. La concepción de la automatización viene dada por las tareasque son transferidas por humanos a un conjunto de elementos tecnológicos pa-ra mejorar aspectos del proceso, ya que en muchos casos los operarios estánexpuestos a riesgos en los cuales pueden sufrir lesiones o simplemente adquirirproblemas de salud debido a los trabajos que tienen que realizar durante largasjornadas de trabajo. [7]

Tomando como referencia las de�niciones de automatización planteadas exis-te una seria de ventajas e inconvenientes que in�uyen en su implantación. Lasprimeras investigaciones que exponen este conjunto de ventajas son:

Aumento de la productividad y consistencia en los productos

La automatización genera una estabilidad y robustez en el sistema.

Las tecnologías de automatización no presentan fallos.

Mejorar las condiciones de trabajo del personal, incrementando la seguri-dad

Realizar las operaciones imposibles físicamente para el operador humano

Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo generar las cantida-des necesarias en el momento preciso.

Integrar la gestión y producción.

Como otra arista de la automatización tenemos �el proceso�, el cual se entien-de como aquella parte del sistema en que, a partir de la entrada de material,energía e información, se genera una transformación sujeta a perturbaciones delentorno, que da lugar a la salida de material en forma de producto. Los procesosindustriales se conocen como procesos continuos, procesos discretos y procesosbatch. Los procesos continuos se caracterizan por la salida del proceso en formade �ujo continuo de material, como por ejemplo la puri�cación de agua o lageneración de electricidad.

Figura 2.1: Ejemplo de un proceso continuo

Los procesos discretos contemplan la salida del proceso en forma de unidadeso número �nito de piezas, siendo el ejemplo más relevante la fabricación deautomóviles.[8]

Figura 2.2: Linea de ensamble de un automovil (proceso discreto)

Finalmente, los procesos batch son aquellos en los que la salida del procesose lleva a cabo en forma de cantidades o lotes de material, como por ejemplo lafabricación de productos farmacéuticos o la producción de cerveza.[9]

Figura 2.3: Proceso de producción de Cerveza

En cuanto a la expresión control de procesos industriales, ésta abarca, des-de un punto de vista académico, la teoría de control básica de realimentacióny acción PID, la instrumentación de control (sensores, actuadores, dispositivoselectrónicos, etc.), la aplicación a procesos industriales (como, por ejemplo, lamezcla de componentes en un reactor químico), las diversas arquitecturas decontrol (centralizado, distribuido), las estructuras de control (feedback, feedfor-ward, cascada, etc.) y la teoría de control avanzada (control predictivo, controlmultivariable, etc.), por citar algunos de los aspectos más relevantes. Utilizandoalgoritmos de control presentes en las industrias, cabe destacar el control secuen-cial y la regulación continua. El control secuencial propone estados (operacionesa realizar para la transformación de la materia prima en producto) y transicio-nes (información relativa a sensores o elementos lógicos como temporizadoreso contadores) en una secuencia ordenada que identi�ca la evolución dinámicadel proceso controlado. En la regulación continua, mediante la estructura decontrol clásica feedback, se aborda la acción de control proporcional, la acciónde control derivativo o la acción de control integral, respecto al error (diferenciaentre la consigna y la medida de la variable de salida del proceso) para con-seguir así una regulación adecuada de la variable (temperatura, caudal, nivel,etc.). En relación a la instrumentación de control, el cual tiene la capacidad dellevar a cabo el control secuencial, la regulación, la supervisión del proceso y elcontrol sobre todas las variables del proceso como tal, es el llamado autómataprogramable PLC en conjunto con un ordenador industrial y los pertinentesreguladores industriales (digitales y análogos).

Los reguladores industriales son dispositivos generados de forma clara parala regulación continua de variables. Durante años, el regulador analógico tradi-cional ha sido el elemento capaz de controlar procesos en los que se requiere elcontrol de temperatura, el control de caudal, o el control de presión, todos ellosejemplos típicos de la ingeniería química. Con los avances en la electrónica di-gital y la informática industrial, los reguladores han pasado a ser controladoresdigitales autónomos, polivalentes desde el punto de vista de que se adaptan a

un rango de tensiones y corrientes habituales en la automatización industrial,por lo que un mismo controlador está condicionado para la regulación de diver-sas variables. Además, hoy en día disponen de bloques lógicos de programaciónde forma que también pueden hacer frente al manejo de sistemas secuenciales.Una arquitectura abierta de estos controladores facilita la implementación deestructuras de control tipo cascada, o arquitectura de control distribuida me-diante un bus de campo orientado al control de procesos, como por ejemplo elbus MODBUS.

El ordenador aparece en el control de procesos industriales a mediados de ladécada de los años cincuenta en la forma de control centralizado, una arquitec-tura en desuso hoy en día. Ya entonces el ordenador disponía de unas funciones,que siguen estando muy presentes en las industrias actuales:

Monitorización

Vigilancia

Control

Supervisión

El ordenador es tan polivalente que puede utilizarse por sí mismo como ele-mento regulador de procesos sencillos, como por ejemplo mediante tarjeta deadquisición de datos AD/DA, y con el software adecuado, se pueden regular latemperatura y el nivel de un tanque en el que �uye un cierto caudal de aguaentrante y saliente. Por otra parte, mediante la utilización del puerto de co-municaciones RS-232C, el ordenador puede conectarse físicamente al autómataprogramable, al controlador digital autónomo, o al armario de control de unrobot manipulador industrial, y así ampliar las posibilidades de interacción en-tre estos elementos. Finalmente, y gracias al desarrollo de las comunicacionesindustriales, el ordenador puede formar parte de redes de ordenadores jerar-quizados mediante la utilización de un bus de bajo nivel (bus AS-i), un busde campo (PROFIBUS, CAN, por ejemplo) o una red de área local (EthernetIndustrial).[10, 11, 7]

Figura 2.4: Piramide de Automatización

2.1. Tipos de automatización

Relacionando las de�niciones planteadas anteriormente se dice que existen 4tipos de automatización en función del proceso de fabricacion, los cuales estánplanteados de la siguiente forma:

2.1.1. Automatización �ja

Consiste en una fabricación continua del mismo producto en grandes cantida-des. Las restricciones que presentan los equipos de fabricación van a condicionarla secuencia de producción. Este tipo de automatización presenta las siguientescaracterísticas: [7]

Está constituida por una secuencia sencilla de operaciones.

Requiere una gran inversión debido a la demanda de equipos muy espe-cializados.

Posee unos elevados ritmos de producción.

No se adapta a variaciones de la demanda.

2.1.2. Automatización �ja o programable

Realiza la fabricación de pocos productos en pequeñas cantidades y costesbajos, permitiendo una fácil programación y la realización de diferentes tareas.Está dotada de una gran �exibilidad que da lugar a una gran cantidad de in-formación que es manejada por el ordenador. Se aplica en sistemas de fabrica-ción donde el equipo de producción está diseñado para realizar cambios en lasecuencia de operaciones según los diferentes productos. Es adecuada para lafabricación por lotes y no permite realizar cambios en la con�guración de los

productos. A continuación indicamos una serie de características que completanla de�nición.

Existencia de un periodo previo para la fabricación de los distintos lotes.

Para realizar lotes de productos distintos, se introducen cambios en elprograma y en la disposición física de los elementos.

Se realiza una gran inversión en equipos de aplicación general como porejemplo las máquinas de control numérico.

Un ejemplo de este tipo de automatización son los plc (Controladoreslógicos programables) y los robots.

2.1.3. Automatización Flexible

Mirchandani, a�rma que la base de la automatización �exible es la �exibili-dad de la maquinaria. Esta �exibilidad está condicionada a una plani�cación dela producción. La plani�cación consiste en una secuencia de decisiones donde seven involucrados varios procesos, entre los cuales destacan: secuencia de trabajode cada máquina, la rutina de los trabajos etc. Surge con el objetivo de subsanaralgunas de las de�ciencias presentadas por la automatización programable. Estácapacitada para producir cambios en los programas y en la relación existenteentre los elementos del sistema de fabricación. Un ejemplo de automatización�exible son las máquinas de control numérico.

2.1.4. Automatización integrada

Su objetivo es la integración dentro del sistema productivo de los distintostipos de automatización. Presenta las siguientes características:

Se reduce el tamaño de los lotes.

Existe una mayor diversi�cación del producto en muchos casos superior ala automatización �exible.

Permite agilizar los plazos de entrega del producto.

Su implantación está justi�cada en procesos de producción discretos y encontinuos. Por ejemplo tiene una gran implantación en industrias químicas.

2.2. Tecnologias de automatización

En la automatización industrial la idea principal es tener la posibilidad detener el control centralizado de los sistemas de la planta, esto con el �n de to-mar decisiones para cambiar características del proceso para causar una mayore�ciencia, corregir fallas, cambiar el modo de operación o intervenir si es nece-sario. La automatización nos da la posibilidad de llevar un seguimiento a todas

las variables que se tienen, con el �n de tener un control y una observación alcomportamiento de las mismas, lo que concibe la posibilidad de ahorrar recursosfundamentales (agua, luz, tiempo, etc).[7]

2.2.1. Tecnologías para la automatización

Las tecnologías utilizadas para el campo de la automatización se clasi�canen 2 grandes grupos:

2.2.1.1. Tecnologías cableadas

Mecánicas

Neumáticas

Hidráulicas

Eléctricas

Electrónicas

2.2.1.2. Tecnologías Programadas o programables

Los automatismos cableados se realizan a base de uniones físicas de los ele-mentos que constituyen la unidad de control. Estas uniones se establecen por laexperiencia del usuario o por la parte teórica, por ejemplo, en un automatismoelectrónico se pueden utilizar las ecuaciones lógicas o de Boole. Los circuitos delos esquemas son aplicables a los dispositivos neumáticos, hidráulicos, eléctricoso electrónicos.

Figura 2.5: Organización de las tecnologias de la Automatización

2.2.2. De�nición de un proceso de producción

Un proceso de producción o fabricación es aquel que se re�ere a un conjuntode fases y/o etapas organizadas, mediante las cuales se modi�can las caracterís-ticas de los materiales utilizados como insumo, con el �n de lograr un productoespecializado.

Recursos Una gran cantidad de recursos toman participación en un procesode producción, estos deben organizarse y clasi�carse de forma correcta paralograr los resultados propuestos.

Los recursos utilizados son los siguientes:

Recursos Energéticos: Electricidad, mecánica.

Recursos Materiales: Materia prima, insumos, etc.

Recursos Tecnológicos: Maquinarias, herramientas, robots, etc.

Recursos Humanos: personal capacitado.

La OTA (O�cina Americana de Tecnología, 1984) propone que la fase de pro-ducción de una industria se centra en la adecuada elección de las maquinariaspara producir las piezas según los procesos que fueron propuestos en la par-te del diseño, según esto la fase de producción se subdivide en los siguientessubprocesos:

2.2.2.1. Producción

Manipulación del material En cada parte del proceso de producción se vaser necesario el uso de algún material para poder cumplir con las tareas perti-nentes, por tal motivo se hace preciso que en las diversas estaciones de trabajoque van a dividir los procesos en diferentes tipos de subprocesos se haga unareducción de los costos para generar un aumento de productividad teniendo sis-temas de transporte de material como montacargas, carretillas, robots, o cintastransportadoras.

Fabricación Esta fase es la encargada de hacer la transformación de losmateriales mediante diferentes métodos. Los procesos más conocidos son:

Fundición

Moldeado

Laminación

Forja

Extrusión

Estirado

Mecanizado

Fresado

Taladrado

Electroerosión

En este parte del proceso una parte fundamental es el factor tiempo, ya queesto puede incidir directamente en los costos de producción, por otro lado laspiezas tienen un papel muy importante, debido a que la complejidad de la mismaexpondrá si la pieza puede ser producida en mayor o menor tiempo, dando lugara mayor o menos e�ciencia en el proceso.

Acabado La �nalización de un proceso de producción implica una fase derevisión de las piezas fabricadas, esto se hace debido a que en la fabricación sepueden producir imperfecciones, fallas o errores que deben ser eliminados. Paraprevenir que ocurran dichos incidentes se utilizan técnicas de control de calidadpara ampli�car la e�ciencia de la línea de producción.

Después de terminada esta fase de producción, se procede a seguir con unanueva fase llamada postproducción, en la cual sus características principales sonel ensamblaje y el control de calidad.

2.2.2.2. Postproducción

Ensamblaje En esta parte del proceso se procede a hacer la unión de laspiezas fabricadas en la primera fase de la producción, esto con el �n de crearuna nueva pieza superior o terminada, y así darle vía abierta a la fase del controlde calidad del producto.

Control de Calidad Se hace importante crear unos estándares para estable-cer si los productos pueden ser enviados al mercado o deben permanecer en elproceso para corregir algún tipo de error de fabricación además se debe tener encuenta que con el �n de dar una mayor productividad y e�ciencia, es necesarioinstaurar estándares de calidad altos.

2.2.3. Sistemas de Manufactura Flexible

En base a lo mencionado anteriormente las industrias proponen la búsquedade fabricación de productos de calidad con un bajo costo. Esta situación proponeun efecto de doble sentido o �rebote� el cual hace que se incrementen los precios yse cree un desabastecimiento de material, debido a esto se propone una soluciónque se plantea en la manufactura de la producción implementado nuevas técni-cas. Estas técnicas que otorgan la posibilidad de mejorar la situación descritase entiende como sistemas de manufactura �exible. Autos como Chen de�nenun FMS (Flexible Manufacturing System) como una con�guración controladapor el ordenador, constituida por puestos de trabajo semi-independientes. Esta

técnica lleva incluido un sistema de manejo material diseñado para fabricar deforma e�ciente entre bajos y altos volúmenes más de un tipo de pieza. [12, 7]

Los componentes principales de un sistema FMS son:

Una Máquina herramienta Estándar de control numérico.

Una red de transporte para mover piezas y herramientas entre las máqui-nas y las estaciones �jas.

Un sistema de control que coordina las maquinas herramientas, las piezasde trabajo y las partes móviles de los elementos.

En la mayor parte de instalaciones FMS, la materia prima entra a la cadenacomo piezas de trabajo o piezas sin tratar. Estas piezas se almacenan en un palletpara posteriormente ser cargadas en una estación de trabajo y ubicadas en zonasdiferentes de las máquinas herramienta. Las piezas y el pallet son transportadosmediante el sistema de manejo material al sistema de colas de las máquinas deproducción. El �ujo de piezas en el sistema es dirigido directamente medianteel PC, que actúa como coordinador del trá�co.

A continuación se mostrara una tabla donde se exponen las ventajas y be-ne�cios que nos trae la implementación de un sistema FMS.

Cuadro 2.1: Ventajas de los sistemas FMSCriterio Bene�cios potenciales por

operación

Productividad Bajo Costo de las piezas y costo masbajo que en las líneas de transferencia

Sistemas Amplía la capacidad de la maquinariaEquipo Reducción para un menor costo

Labor de dirección Menor costo de inventarioWork in process Reducción del tiempo de trabajo de la

máquinaUtilización del equipo Reducido para mas salidas.

Flexibilidad Operacional Mejor control del capitalCalidad Reducido para menos y mejorados

procesosMedidas Preventivas Reducido para menos costes inversiónEvaluación Medidas Reducción de los costes de revisión

Fallos Internos Reducción de costes en garantía etc

El control de los sistemas es dirigido por un ordenador y como consecuenciade esto se establecen 2 tipos de sistemas de manufactura �exible:

2.2.3.1. Sistemas de movimiento de piezas

En este sistema las instrucciones van dirigidas a las maquinas, y herramien-tas que se van a utilizar son cargadas al programa de herramientas. Dependiendo

del uso las herramientas serán movidas entre las máquinas y se hará una pla-ni�cación de las rutas de las piezas que es plani�cada previamente. Una vez laherramienta es cargada en el programa no se cambia a no ser que se produzcauna rotura/falla.

2.2.3.2. Sistemas de movimiento de herramientas

Las piezas sólo son tratadas por una máquina para ser procesadas. Unavez situadas las piezas en la máquina no sufren ningún desplazamiento sinoque es la máquina la que se va moviendo con un cierto movimiento relativo conrespecto a las piezas. Puede darse el caso que algunas herramientas tenga que serprestadas de una maquina a otra o traídas desde la zona de almacén. En cambio,existe la posibilidad que las herramientas no estén disponibles para las piezasa la que están asignadas. El tiempo es una de las variables más importantesque existen en los sistemas de manufactura. El sistema tiene un retardo de laherramienta debido a los desplazamientos entre todas las máquinas. El tiempode espera de la herramienta representa la mayor parte del tiempo de retrasode la herramienta. El tiempo de espera de ésta puede estar afectado por ladisponibilidad de la herramienta, y su número. El número de herramientas recibeel nombre de con�guración de copia de herramienta. La determinación de estacon�guración se de�ne como plani�cación del problema de requerimientos deherramienta.

2.3. Celdas de Trabajo

Las celdas de trabajo se crean con el objetivo de conseguir una especializa-ción y mayor e�ciencia de la cadena de producción, en otras palabras la celda detrabajo es una unidad de maquinaria que coopera en el taller realizando exter-namente y de forma autónoma operaciones del proceso de producción. La celdaestá constituida por dispositivos de automatización como: [13, 7]

Robots

Máquinas

Sistemas de Transporte

Dentro de una celda de trabajo se realizan tres actividades o procesos básicos:

Identi�cación del producto: Se inicia cada vez que un producto nuevollega a la celda de trabajo. Esta función permite la organización del sistema endiferentes productos.

Logística interna: Las actividades de la logística interna son el transportey el almacenamiento de productos y piezas dentro de la celda de trabajo. Estaactividad es controlada por el PLC (controlador lógico programable) el cualestá conectado al controlador de celda con el objetivo de permitir el �ujo deinformación.

Proceso de producción: La realización de los productos, en muchos ca-sos suele ser descentralizado del proceso de producción. La maquinaria que seutiliza en estos casos se compone de robots cuya característica principal es su�exibilidad.

Modelado de una Celda de Trabajo A continuación se muestra en la �gurael modelo de una celda de trabajo escalonada en sus capas.

Figura 2.6: Modelo de una celda de trabajo

De acuerdo a la �gura los controladores de dispositivos son conectados alcontrolador de forma vertical mediante el uso de un dispositivo de �ujo espe-ci�co, lo que nos dice que este controlador no se puede comunicar con otroscontroladores situados en la misma capa, lo cual hace que la celda de trabajomaneje el proceso mediante la coordinación de los dispositivos en la capa defunción.

Existen 2 tipos de celdas de trabajo:

New Automation En este tipo de celdas de trabajo, el hardware de auto-matización y la maquinaria del proceso de producción son incluidos dentro delproceso de automatización.

Existing production cells La �nalidad de este tipo de celdas es mejorar elproceso de producción mediante la integración de la maquinaria actual con elnuevo hardware y software de automatización.

2.4. Tipos de Tecnologías de Automatización

Existen varias metodologías que permiten el diseño, plani�cación y controlde procesos. La primera de las tecnologías aplicadas es CAD (Computer AidedDesign), la cual permite producir un diseño aproximado de la pieza real en unsoftware de simulación en 3D. Teniendo la pieza hecha con las medidas y lasdimensiones correctas soporta una serie de pruebas en simulación mediante lastecnologías CAE (Computer Aided Enginering). Finalmente mediante la meto-dología CIM (Computer Integrated Manufacturing) hace posible una gestión yplani�cación de la creación de la pieza.[7]

2.4.1. CAD

El Diseño y la fabricación asistidos por ordenador (CAD/CAM) es una dis-ciplina que estudia el uso de sistemas informáticos como herramienta de soporteen todos los procesos involucrados en el diseño y la fabricación de cualquiertipo de producto. Esta disciplina se ha convertido en un requisito indispensablepara la industria actual que se enfrenta a la necesidad de mejorar la calidad,disminuir los costes y acortar los tiempos de diseño y producción. El desarrollode nuevas tecnologías ha impulsado y dado lugar a la aparición de desarrolloscomo el de �la fabricación integrada por ordenador� como acople al gran cam-po de la automatización industrial. CAD es el acrónimo de `Computer AidedDesign' o diseño asistido por computador. Se trata de la tecnología implicadaen el uso de ordenadores para realizar tareas de creación, modi�cación, análisisy optimización de un diseño. De esta forma, cualquier aplicación que incluyauna interfaz grá�ca y realice alguna tarea de ingeniería se considera software deCAD. Por lo tanto el objetivo principal del CAD es buscar la de�nición de lageometría de una pieza y está compuesto por:

Modelado geométrico Consiste en un conjunto de técnicas cuyo objetivoes la representación de entidades geométricas. � Técnicas de visualizaciónSon los elementos esenciales para la generación de las imágenes del modelo.

Técnicas de interacción grá�ca Constituyen el elemento soporte para laentrada de la información geométrica en el sistema

Interfaz de usuario Permite la interacción con el elemento de diseño.

Base de datos Es el elemento encargado de almacenar toda la informacióngenerada por el modelo. Entre los datos más destacados que almacena sonlos datos de diseño sobre la pieza, los resultados de los análisis que serealicen.

Métodos numéricos Forman la base para los métodos de cálculo utilizadoen los sistemas CAD.

Elementos de fabricación Está constituido por todo el conjunto de maqui-naria destinada a los procesos de fabricación.

Elementos de comunicación Es necesaria la implementación de un conjuntode dispositivos que permitan la comunicación entre diversos sistemas contecnología CAD

2.4.2. CAM

El término CAM se puede de�nir como el uso de sistemas informáticos parala plani�cación, gestión y control de las operaciones de una planta de fabri-cación mediante una interfaz directa o indirecta entre el sistema informáticoy los recursos de producción. Así las aplicaciones del CAM se dividen en doscategorías:

Interfaz Directa Está constituida por aplicaciones en las cuales el PC seconecta directamente al proceso de producción con el objetivo de realizar tareasde supervisión y control.

Supervisión: Implica un �ujo de datos del proceso de producción al compu-tador con el propósito de observar el proceso y los recursos asociados yrecoger datos.

Control: supone un paso más allá que la supervisión, ya que no solo seobserva el proceso, sino que se ejerce un control basándose en dichas ob-servaciones.

Interfaz indirecta Se trata de aplicaciones en las que el ordenador se utilizacomo herramienta de ayuda para la fabricación, pero en las que no existe unaconexión directa con el proceso de producción.

Otra función signi�cativa del CAM es la programación de robots que operannormalmente en células de fabricación seleccionando y posicionando herramien-tas y piezas para las máquinas de control numérico. Estos robots también puedenrealizar tareas individuales tales como soldadura, pintura o transporte de equi-pos y piezas dentro del taller. La plani�cación de procesos es la tarea clave enpara conseguir la automatización deseada, sirviendo de unión entre los procesosde CAD y CAM. El plan de procesos determina de forma detallada la secuenciade pasos de producción requeridos para fabricar y ensamblar, desde el inicio ala �nalización del proceso de producción. Aunque la generación automática deplanes de producción es una tarea compleja, el uso de la Tecnología de Grupossupone una gran ayuda, ya que permite generar nuevos planes a partir de losplanes existentes para piezas similares. Las piezas se organizan en familias ycada nueva pieza se clasi�ca dentro de una familia, según las características olos elementos que la componen.

2.4.3. CAE

La Ingeniería Asistida por Ordenador (Computer Aided Engineering o CAE)es la tecnología que se ocupa del uso de sistemas informáticos para analizar la

geometría generada por las aplicaciones de CAD, permitiendo al diseñador si-mular y estudiar el comportamiento del producto para re�nar y optimizar dichodiseño. Los programas de cinemática, por ejemplo, pueden usarse para determi-nar trayectorias de movimiento y velocidades de ensamblado de mecanismos. Losprogramas de análisis dinámico de grandes desplazamientos se usan para deter-minar cargas y desplazamientos en productos complejos como los automóviles.Las aplicaciones de temporización lógica y veri�cación simulan el comporta-miento de circuitos electrónicos complejos.

Uno de los métodos más conocidos en la ingeniería es el método de análisispara elementos �nitos o FEM (Finite Element Method), el cual se utiliza paradeterminar tensiones, deformaciones, transmisión de calor, campos magnéticos,�ujo de �uidos, etc. Este método está basado por un modelo de elementos in-terconectados que dividen el problema en elementos manejables para el compu-tador. Existen también numerosas herramientas para la optimización de diseños.Se están realizando investigaciones para determinar automáticamente la formade un diseño, integrando el análisis y la optimización. Para ello se asume que eldiseño tiene una forma inicial simple a partir de la cual el procedimiento de op-timización calcula los valores óptimos de ciertos parámetros para satisfacer uncierto criterio al mismo tiempo que se cumplen unas restricciones, obteniéndosela forma óptima con dicho parámetros.

Las características más importantes que pueden de�nir a los sistemas CAEson:

Desarrollo del modelo, de�nición e integración de los subsistemas, gestiónde las librerías de modelos de los subsistemas.

Análisis de datos, gestión del modelo y construcción a partir de los datos.

Identi�cación del sistema

Simulación

Diseño de Control y procesamiento de señal

Optimización

Así pues, CAD, CAM y CAE son tecnologías que tratan de automatizar ciertastareas del ciclo de producto y hacerlas más e�cientes. Dado que se han desarro-llado de forma separada, aun no se han conseguido todos los bene�cios poten-ciales de integrar las actividades de diseño y fabricación del ciclo de producto.Para solucionar este problema ha aparecido una nueva tecnología: la fabricaciónintegrada por ordenador o CIM (de Computer Integrated Manufacturing).

2.4.4. CIM-CEM

CIM (Manufactura integrada por ordenador). Esta técnica es considerada co-mo la herramienta que permite al resto de las tecnologías CAD (Dibujo Asistidopor Computador) integrarse en el sistema de producción. Es posible de�nirla co-mo una tecnología que se encarga de unir las islas de la automatización para

que trabajen en forma conjunta, con el CIM se logra tener una base de datosla cual recopila toda la información suministrada por el resto de islas, y porconsiguiente permite una gestión de todas las actividades de la empresa.

Figura 2.7: Cuadro de relacion entre las islas de la Automatización

La implementación de la �losofía CIM contiene los siguientes pasos:

Inicialización del proyecto: Se establece la organización del proyecto ytodas las metodologías que se van a utilizar. El personal es asignado a cadauna de las partes del proyecto. El plan forma la base para la asignaciónde los recursos del proyecto.

Desarrollo del modelo económico de la compañía.

`As-is' análisis. Se realiza un análisis del medio en el que trabaja y sedesenvuelve la empresa.

Necesidades de Análisis. El análisis está dirigido a identi�car las funcionesde negocio que pueden ser más bene�ciosas para las nuevas tecnologías.El análisis da una imagen de las futuras necesidades de la empresa.

Selección y evaluación de las mejoras de tecnología. Se estudia que nuevastecnologías se pueden implantar en la empresa para ayudar a conseguirlos objetivos marcados.

Plan Maestro. Una vez se ha producido la selección del material necesariopara llevar la ejecución del proyecto, se presenta a la gestión. Si la gestiónaprueba el plan se deben plani�car 3 objetivos:

1. Las primeras acciones que se llevarán a cabo en la automatización

2. Qué automatizar y cómo automatizar

3. Qué integrar y como integrar

Implementación del Plan. Las tecnologías seleccionadas para la ejecucióndel plan deben llevar una plani�cación y una implementación asociada.

Relación Bene�cios/Costes. Realizar un estudio concienzudo de los costesy bene�cios de la realización del proyecto.

Por consiguiente, la implementación del esquema CIM genera en las empresascuatro niveles de integración:

1. Comunicación: Este nivel requiere una estructura completa de datos sobrelas comunicaciones entre los distintos ordenadores.

2. Gestión de los intercambios. Los intercambios de información entre lasaplicaciones deben realizarse dentro de una serie de restricciones del sis-tema.

3. Datos. Este nivel requiere la creación de una base de datos CIM (Manu-factura Integrada por computador).En esta base se de�nen que elementosse necesitan y cuál es su relación con el resto.

4. Interfaz de usuario. Es necesario que todas las islas de automatizaciónposean la misma interfaz de usuario

Niveles de Jerarquía de un CIM

Nivel de controlador de planta Es el más alto nivel de la jerarquía decontrol, es representado por la(s) computadora(s) central(es) (mainframes) de laplanta que realiza las funciones corporativas como: administración de recursosy planeación general de la planta.

Nivel de controlador de área Es representado por las computadoras (mi-nicomputadoras) de control de las operaciones de la producción. Es responsablede la coordinación y programación de las actividades de las celdas de manufac-tura, así como de la entrada y salida de material. Conectada a las computadorascentrales se encuentra(n) la(s) computador(as) de análisis y diseño de ingenieríadonde se realizan tareas como diseño del producto, análisis y prueba. Adicio-nalmente, este nivel realiza funciones de planeación asistida por computadora(CAP, por sus siglas en inglés), diseño asistido por computadora (CAD, por sussiglas en inglés) y planeación de requerimientos de materiales (MRP, por sussiglas en inglés).

Nivel de controlador de celda La función de este nivel implica la progra-mación de las órdenes de manufactura y coordinación de todas las actividadesdentro de una celda integrada de manufactura. Es representado por las compu-tadoras (minicomputadoras, PC�s y/o estaciones de trabajo). En general, realizala secuencia y control de los controladores de equipo.

Nivel de controlador de procesos o nivel de controlador de estación detrabajo Incluye los controladores de equipo, los cuales permiten automatizarel funcionamiento de las máquinas. Entre estos se encuentran los controladoresde robots (RC�s), controles lógicos programables (PLC�s), CNC�s, y micro-computadores, los cuales habilitan a las máquinas a comunicarse con los demás(incluso en el mismo nivel) niveles jerárquicos

Nivel de equipo Es el más bajo nivel de la jerarquía, está representado porlos dispositivos que ejecutan los comandos de control del nivel próximo supe-rior. Estos dispositivos son los actuadores, relevadores, manejadores, switches yválvulas que se encuentra directamente sobre el equipo de producción. De unamanera más general se considera a la maquinaria y equipo de producción comorepresentativos de este nivel.

Figura 2.8: Explicacion gra�ca de los niveles de un Sistema CIM

2.4.5. PLC

En 1969 la División Hydramatic de la General Motors instaló el primer PLCpara reemplazar los sistemas in�exibles cableados usados entonces en sus líneasde producción. Ya en 1971, los PLCs se extendían a otras industrias y, en losochentas, ya los componentes electrónicos permitieron un conjunto de operacio-nes en 16 bits, comparados con los 4 de los 70s, en un pequeño volumen, lo quelos popularizó en todo el mundo. En los 90s, aparecieron los microprocesadoresde 32 bits con posibilidad de operaciones matemáticas complejas, y de comuni-

caciones entre PLCs de diferentes marcas y PCs, los que abrieron la posibilidadde fábricas completamente automatizadas y con comunicación a la Gerencia en"tiempo real".

La de�nición del Controlador Lógico Programable (PLC) es que es un dispo-sitivo de estado sólido, diseñado para controlar procesos secuenciales (una etapadespués de la otra) que se ejecutan en un ambiente industrial. Es decir, que vanasociados a la maquinaria que desarrolla procesos de producción y controlan sutrabajo. Como se puede deducir de la de�nición, el PLC es un sistema, porquecontiene todo lo necesario para operar, y es industrial, por tener todos los re-gistros necesarios para operar en los ambientes hostiles que se encuentran en laindustria. [14, 15]

Un autómata programable suele emplearse en procesos industriales que ten-gan una o varias de las siguientes necesidad es: Espacio reducido. Procesos deproducción periódicamente cambiantes. Procesos secuenciales. Maquinaria deprocesos variables. Instalaciones de procesos complejos y amplios. Chequeo deprogramación centralizada de las partes del proceso.

Aplicaciones generales:

Maniobra de máquinas.

Maniobra de instalaciones.

Señalización y control.

Ventajas:

Menor tiempo de elaboración de proyectos.

Posibilidad de añadir modi�caciones sin costo añadido en otros compo-nentes.

Mínimo espacio de ocupación.

Menor costo de mano de obra.

Mantenimiento económico.

Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo autómata.

Menor tiempo de puesta en funcionamiento.

Si el autómata queda pequeño para el proceso industrial puede seguirsiendo de utilidad en otras máquinas o sistemas de producción

Un PLC o Autómata Programable posee las herramientas necesarias, tanto desoftware como de hardware, para controlar dispositivos externos, recibir señalesde sensores y tomar decisiones de acuerdo a un programa que el usuario elaboresegún el esquema del proceso a controlar.

Figura 2.9: Diagrama de Flujo del funcionamiento del PLC en un entorno In-dustrial

Arquitectura de un autómata programable

CPU

Bloque de entrada

Bloque de salida

Figura 2.10: Diagrama de la Arquitectura de un PLC

2.4.5.1. Clasi�cación de los PLC

Debido a la gran variedad de tipos distintos de PLC, tanto en sus funciones,en su capacidad, en el número de I/O, en su tamaño de memoria, en su aspectofísico y otros, es que es posible clasi�car los distintos tipos en varias categorías.[14, 15]

PLC tipo Nano: Generalmente PLC de tipo compacto (Fuente, CPU e I/Ointegradas) que puede manejar un conjunto reducido de I/O, generalmente en unnúmero inferior a 100. Permiten manejar entradas y salidas digitales y algunosmódulos especiales.

PLC tipo Compactos: Estos PLC tienen incorporado la Fuente de Ali-mentación, su CPU y módulos de I/O en un solo módulo principal y permitenmanejar desde unas pocas I/O hasta varios cientos ( alrededor de 500 I/O ) , sutamaño es superior a los Nano PLC y soportan una gran variedad de módulosespeciales, tales como:

Entradas y salidas análogas

Módulos contadores rápidos

Módulos de comunicaciones

Interfaces de operador

Expansiones de i/o

PLC tipo Modular: Estos PLC se componen de un conjunto de elementosque conforman el controlador �nal, estos son:

Rack

Fuente de Alimentación

CPU

Módulos de I/O

Comunicaciones.

Contaje rápido.

Bloques necesarios para el funcionamiento del PLC

Fuente de alimentación

Consola de programación

Periféricos

Interfaces

Figura 2.11: Bloques de un PLC

2.4.6. Sensores

Un sensor es un dispositivo eléctrico y/o mecánico que convierte magnitudesfísicas (luz, magnetismo, presión, etc.) en valores medibles de dicha magnitud.Esto se realiza en tres fases:

Un fenómeno físico a ser medido es captado por un sensor, y muestra ensu salida una señal eléctrica dependiente del valor de la variable física.

La señal eléctrica es modi�cada por un sistema de acondicionamiento deseñal, cuya salida es un voltaje.

El sensor dispone de una circuitería que transforma y/o ampli�ca la ten-sión de salida, la cual pasa a un conversor A/D, conectado a un PC. Elconvertidor A/D transforma la señal de tensión continua en una señaldiscreta.

Para conseguir que el robot realice su tarea con la adecuada precisión es precisoque tenga conocimiento tanto de su propio estado como del estado de su entorno.Dos tipos de sensores:

Sensores internos: sensores integrados en la propia estructura mecánicadel robot, que dan información del estado del robot: fundamentalmente de laposición, velocidad y aceleración de las articulaciones.

Sensores externos: Dan información del entorno del robot: alcance, proximi-dad, contacto, fuerza, etc. Se utilizan para guiado de robots, para identi�cacióny manipulación de objetos.

Descriptores Estáticos de un sensor Los descriptores estáticos de�nen elcomportamiento en régimen permanente del sensor:

Rango: valores máximos y mínimos para las variables de entrada y salidade un sensor.

Exactitud: la desviación de la lectura de un sistema de medida respecto auna entrada conocida. El mayor error esperado entre las señales medida eideal.

Repetitividad: la capacidad de reproducir una lectura con una precisióndada.

Reproducibilidad: tiene el mismo sentido que la repetitividad excepto quese utiliza cuando se toman medidas distintas bajo condiciones diferentes.

Resolución: la cantidad de medida más pequeña que se pueda detectar.

Error: es la diferencia entre el valor medido y el valor real.

No linealidades: la desviación de la medida de su valor real, supuesto quela respuesta del sensor es lineal. No-linealidades típicas: saturación, zonamuerta e histéresis.

Sensibilidad: es la razón de cambio de la salida frente a cambios en laentrada: s=∂V/∂x.

Excitación: es la cantidad de corriente o voltaje requerida para el funcio-namiento del sensor.

Estabilidad: es una medida de la posibilidad de un sensor de mostrar lamisma salida en un rango en que la entrada permanece constante.

Ruido

Clasi�cación y de�nición sobre los grandes grupos de sensores queexisten

Sensores de desplazamiento y proximidad Los sensores de desplazamien-to permiten medir la distancia o ángulo que un determinado componente se mue-ve con respecto a una posición. Los sensores de proximidad permiten determinartanto la presencia como la proximidad de un objeto situado a una distancia má-xima. Entre los más utilizados destacan los potenciómetros, los capacitivos y losresistivos.

Sensores de velocidad Permiten determinar la velocidad con la que se mue-ve un objeto o con la que gira una determinada articulación. Los más utilizadosson los taco-generadores.

Sensores de fuerza La mayoría de las aplicaciones de este sensor están desti-nadas a la robótica especialmente para determinar la fuerza con la que interactúael extremo de un robot al coger un objeto. Los más utilizados son los sensorespiezoeléctricos.

Sensores de aceleración Tiene una gran implantación dentro del campode la robótica. Puede suponerse el caso de que un brazo robot transporta unadeterminada carga con una pinza en su extremo. A lo largo de su trayectoriael objeto transportado sufrirá sucesivas aceleraciones, lo que conllevará unoscambios de fuerza. El ejemplo más importante de este tipo de sensor son losacelerómetros, que se basan en la utilización de componentes piezoeléctricos.Estos materiales genera una pequeña cantidad de energía eléctrica cuando sondeformados.

Sensores de luz Permiten medir la presencia de luz utilizando las célulasfotoeléctricas. Existen muchas aplicaciones en las que se encargan de medir laintensidad de luz incidente de manera que algunos de estos dispositivos tienela posibilidad de enfocarse y orientarse para facilitar su colocación. El ejemplomás importante de esta clase son los sensores infrarrojos.

Sensores neumáticos Se utilizan comúnmente para la detección de despla-zamiento y proximidad sin contacto, utilizando para ello instalaciones de airecomprimido. Su funcionamiento se basa en la presencia o no de objetos en elcamino realizado por el aire comprimido. La ausencia de objetos provoca queno exista un aumento de la presión. Este tipo de sensores no son sensibles aseñales electromagnéticas, lo que les hace robustos ante interferencias de ruidosexternos de este tipo.

Sensores táctiles Este tipo de sensores permiten detectar la presión queejerce un dedo sobre la super�cie táctil, en muchos casos se utilizan para laconstrucción de manos mecánicas. En robótica son muy útiles para detectar elcontacto de la mano con un objeto.

Sensores ópticos Los más importantes son las cámaras de vídeo. Estos ele-mentos se encargan de captar la información luminosa procedente de la escenay transformarla en una señal digital o analógica que conforman una imagen di-gital. Las cámaras de video llevan incorporadas dos tipos de sensores ópticos.Los dispositivos de acoplamiento de carga (CCD) y los de inyección de carga(CID).

Un sensor como dispositivo posee un parámetro dependiente de una variablefísica, la cual es convertida en otra variable, que se llama transductor.

Figura 2.12: Esquema de un Sensor

2.4.7. Actuadores

Un actuador es un dispositivo cuya función es proporcionar fuerza para mo-ver o �actuar� otro dispositivo mecánico. La fuerza que provoca el actuador

proviene de tres fuentes posibles: Presión neumática, presión hidráulica, y fuer-za motriz eléctrica (motor eléctrico o solenoide). Dependiendo del origen de lafuerza el actuador se denomina �neumático�, �hidráulico� o �eléctrico�.

2.4.7.1. Tipos de Actuadores

Actuadores Neumáticos e Hidráulicos La mayoría de sus aplicacionesvan enfocadas a las industrias, gracias a su robustez y facilidad de control. Sedestacan por establecer o cortar la conexión hidráulica o neumática entre doso más conductos, también se encargan de regular la presión o caudal de loscircuitos hidráulicos.

Actuadores Térmicos El movimiento se realiza utilizando la energía pro-ducida en el proceso de explosión.

Actuadores Eléctricos Permiten la conexión o desconexión de un circuitoeléctrico de potencia al producir la excitación de una bobina de mando.

2.4.8. Redes Industriales

Los sensores y actuadores son los encargados de captar la información quees transmitida a los PLC's mediante las redes industriales.

Figura 2.13: Esquema de Bus de Campo

Los dispositivos que componen la planta se comunican mediante buses decampo.

2.4.9. Buses de Campo

Los buses de campo se usan principalmente como un sistema de comunicaciónentre los sistemas de automatización y los dispositivos de campo y su objetivo esla substitución del cableado entre sensores-actuadores y los elementos de controlasociados. Se encargan de gestionar mensajes cortos de forma e�ciente, ademásde poseer la capacidad de manejar trá�co de eventos discretos. Los buses decampo más conocidos son ASI y pro�bus.

Ventajas

Permiten una comunicación más rápida

Existe la posibilidad de conectar dispositivos muy variados como por ejem-plo distintos tipos de PLC

Una reducción del cableado y de las distancias de los dispositivos

Desventajas

Los costes iniciales suelen ser bastante elevados.

La necesidad de formación en conocimientos superiores.

2.4.9.1. Redes ASI

Sistema de transmisión de datos y órdenes para sensores y actuadores. Estetipo de redes está constituido como el nivel más bajo de los buses de campo,el cual transmite información a los niveles superiores. El principio de funciona-miento de esta red está basado en la técnica de sondeo con un maestro y variosdispositivos esclavo, con una capacidad de manejar 31 esclavos con lo que cadauno de los 31 esclavos cuenta con 4 (I/O) digitales.

2.4.9.2. Pro�bus

Este tipo de redes permite la interconexión en red de autómatas, provee lacapacidad de establecer distintas jerarquías maestro-esclavo, y permite tenersupervisión de procesos, lo cual genera que el nivel de automatización dependade la cantidad de información y dispositivos que se maneje en la red.

Figura 2.14: Esquema de una Red Industrial Pro�bus

Tipos de Redes Pro�bus

Pro�bus-DP (Periphery Decentraliced): Permite la comunicación entre dis-positivos de campo o entrada y salida con los controladores del sistema.Disponen de una alta velocidad de transmisión de datos y adoptan lanormativa de modelo ISO/OSI. Un sistema pro�bus DP puede constar de:

1. Maestro DP (Clase 1): Un equipo de esta clase se encarga de latramitación de la tarea de control.

2. Maestro DP (Clase 2): Se trata de una unidad de programación,diagnóstico y gestión encargada de ejecutar funciones de diagnósticoy servicio técnico.

3. Esclavos DP: Se trata de un equipo en el nivel de campo a través delcual se leen señales de proceso o se emiten señales del mismo.

Pro�bus-FMS (Field MessageEspeci�cation): Esta red permite la comuni-cación de los distintos elementos que componen el nivel de celda y se aplicaen procesos de manufactura debido a la �exibilidad y el amplio rango deaplicaciones. Está compuesto por capas:

1. La capa de aplicación: permite la comunicación entre los objetos ylos servicios.

2. La capa de interface baja: sirve como medio de comunicación entrelos servicios y la capa de aplicación y la información perteneciente ala capa de datos.

3. La capa siete de responsabilidad del bus de campo.

Pro�bus-PA (Process Automation): Se modelan los aparatos de campocomo bloques y cada uno contiene la información del dispositivo. Los blo-ques se relacionan entre sí mediante una serie de interfaces y funcionesque representan la automatización.

2.4.9.3. Device Net

Este tipo de redes según la pirámide esta red está incluida dentro del nivel deplanta y en algunos casos en el nivel de entrada y salida. Esta red fue desarrolladapor la empresa Allen-Bradley y sus principales características son:

El sistema de transmisión está basado en un modelo productor/consumidor,como consecuencia es posible implementar el modelo maestro/ esclavo, queimplica la transmisión de mensajes mediante diferentes métodos tales co-mo sondeo, envío cíclico.

El tamaño máximo de mensajes es de 8 bytes para cada nodo al igual quecon las redes CAN.

Requiere terminación de línea con impedancia de 120 Ohmios, empleandopares trenzados.

Estas redes presentan un bajo coste y son abiertas a la comunicación conun control de los dispositivos mediante un byte de nivel.

Las funciones principales de este tipo de red son:

Asignación de identi�cación CAN (Control Area Network), estableciendoniveles de prioridad y permitiendo que cada nodo reconozco los mensajesque están destinados a él.

Control del tipo de mensajes a transmitir

Detección de direcciones duplicadas, para ello previo a su puesta en marchase debe realizar un chequeo de la red.

Figura 2.15: Esquema de una Red DeviceNet

2.4.9.4. Compobus

Su funcionamiento se basa en una unidad maestra donde se seleccionan losnúmeros de nodos de los terminales esclavos y se cablean, esta red tiene comoparticularidad que se puede utilizar el mismo cable para llevar el par de comu-nicación y el de alimentación de los terminales. El sistema comienza a funcionaral recibir tensión y las E/S se mapean en la memoria del PLC similares a laconexión de forma local y con un tiempo de actualización, que puede llegar a0.5 ms, en caso de que fuera necesario realizar un cambio o actualización de unterminal, no sería necesario quitar la alimentación del resto del sistema.

2.4.10. Buses orientados a dispositivos

Este tipo de dispositivos son buses de campo, orientados a otras aplicaciones,sus características principales vienen dadas por:

E�ciencia en la transmisión de datos.

E�ciencia en el diseño e implementación del protocolo.

Trabajan con 3 de las siete capas del modelo OSI; las capas físicas, la capade aplicación y la capa de enlace.

La capa física debe ser robusta, proporcionar la máxima inmunidad alruido electromagnético y seguridad intrínseca en áreas peligrosas.

La capa de enlace debe cubrir sus funciones asegurando las característicasde funcionamiento de la forma más simple.

La capa de aplicación es indispensable si se desea disponer de sistemasabiertos.

2.4.10.1. CAN BUS

Este tipo de protocolo es un estándar que viene descrito en el ISO11898,creado por Bosch para simpli�car el cableado de los automóviles. La mayorcantidad de aplicaciones están en este sector y se asocian a elementos instaladosen el motor y en el resto del vehículo. Las principales características de este tipode bus son:

Permite un acceso al bus por prioridades mediante la técnica CSMA/CR(Carrier Sense Multiple Access/Collision Resolution).

CAN no utiliza direcciones físicas para el nodo, dado que todos los nodosreciben todo los mensajes. Cada nodo se encarga de decidir si el mensajeva dirigido a él o no.

Se necesita un protocolo para capas superiores capaz de realizar la cone-xión por CAN, ya que este red solo constituye un dispositivo a bajo nivel.Esto da lugar a la aparición de CANopen, Devicenet y SDS.[7]

2.4.10.2. LONWorks

Este tipo de dispositivos hacen referencia a un tipo de protocolo llamadoLONTalk, cuyo objetivo es la comunicación inteligente entre los dispositivos dela red. Se de�ne como una red de control en contraposición a las anterioresque son consideradas redes de datos lo que produce que este tipo de redes estánorientadas a la transmisión de pocos datos, pero de modo seguro y con un tiemporestringido.

La comunicación entre los nodos se realiza mediante control distribuido.Cada uno de los nodos la red disponen de las siguientes direcciones:

La dirección física que es el identi�cador único llamado Neuron ID, el cualse asigna en su fabricación y no es posible modi�car.

Dirección del dispositivo, la cual se asigna en la instalación de la red.

Dirección de grupo, está basada en la de�nición de un conjunto de nodosindependientemente de su situación física.

Dirección de difusión, es la que permite la identi�cación de todos los nodosque pueden recibir el mensajero.

Las ventajas que podemos encontrar en este tipo de red de control esta queha logrado producir grandes avances dentro del campo de los edi�cios auto-matizados, esta red también permite la integración de las líneas eléctricas, decomunicación, datos, al estilo de un sistema de control abierto en los edi�ciosautomatizados. El sistema de comunicación maestro-maestro que utilizan estossistemas, junto con la concepción de sistema distribuido e inteligente, permiteestar un paso por delante de los sistemas industriales actuales, y algo bastanteimportante para esta época del siglo XXI es que permite el control medianteInternet o por intranet.[7]

Capítulo 3

REDES DE PETRI

3.1. Proceso

Para el proyecto se procedió a escoger un proceso industrial el cual integraratodos los aspectos que se deben tener cuenta para hacer el diseño y la imple-mentación del algoritmo de control, el cual tiene que estar basado en la robóticacolaborativa. El proceso trata del ensamble de un automóvil, el cual empiezacon un chasis montado sobre una banda transportadora la cual lo mueve por 2estaciones; en la primera estación se colocan las puertas traseras y delanteras,tanto de la parte izquierda como de la derecha del automóvil, seguido a esto,en la segunda estación se coloca el baúl al automóvil, y a continuación el carroretrocede a la primera estación para poner el capo. Se debe tener en cuenta quepara este proceso los 2 manipuladores trabajan de forma simultánea y que lacomunicación entre ellos es constante, el modo de trabajo va regido para la reglade maestro-esclavo, el algoritmo de control que está implantado en el sistema sefundamentó en la teoría de las Redes de Petri, el cual fue simulado y probadopara este proceso en particular. Además de esto el proceso fue escogido así porque permite que en futuras investigaciones se hagan avances en el desarrollo detécnicas de coordinación y de este modo poder mejorar la calidad del productoy los bene�cios de costo al momento de la producción de los automóviles.

3.2. De�nición

Una red de Petri es un grafo orientado con dos tipos de nodos: lugares (repre-sentados mediante circunferencias) y transiciones (representadas por segmentosrectos verticales). Los lugares y las transiciones se unen mediante arcos o �e-chas.1

1Presentacion de Redes de Petri y Automatizacion Industrial desarrollada por la Universi-dad de Huelva y su Dpto. de Ingenieria Electrónica, de Sistemas Informáticos y Automática.[16]

53

Otra de�nición también funcional de las redes de Petri aplicada a la mo-delación funcional de sistemas concurrentes es que las redes de Petri son unaherramienta matemática que puede servir para modelar comportamientos de sis-temas de naturaleza muy diferente. En particular, una red de Petri es un grafoorientado en el que interviene dos clases de nudos, los lugares y las transiciones,unidos alternativamente por arcos. Un arco une un lugar con una transición oviceversa, pero nunca dos transiciones o dos lugares. Un lugar puede contenerun número positivo o nulo de marcas. Una marca se representa por un punto enel interior del círculo correspondiente al lugar. El conjunto de marcas asociadasen un instante dado a cada uno de los lugares constituye un marcado de la Redde Petro (RdP).[17] En la �gura 3.1 podemos observar en detalle cómo estácon�gurada una red de Petri en forma sencilla, el gra�co nos permite observarcuales son los lugares, las transiciones y marcas.

Figura 3.1: Esquema de una Red de Petri

El marcado de una red, M, se de�ne por un vector columna en donde loselementos son el número de marcas contenidas en los lugares. El marcado de�neel estado de la red de Petri. Para la red de Petri dada en la �gura 3.2 tenemos:[18]

Figura 3.2: Lugares, transiciones, marcas y señales de una RdP

Lugares (Places):P = {P1, P2, P3, P4}Transiciones (Transitions):T = {T1, T2, T3, T4}Marcado:m1 = m2 = 1m3 = m4 = 0

M = [1 1 0 0]T

Una Red de Petri Ordinaria (RPO), N, es una cuádruplo N =< P, T, Pre,Post>, donde:

P = {p1, p2, ....., pm} es un conjunto �nito y no vacío de lugares;T = {t1, t2, ....., tn} es un conjunto �nito y no vacío de transi-

ciones;P⋂T = ∅ y P

⋃T 6= ∅;

Pre : P Ö T � {0, 1} es el conjunto de lugares de entrada a T ;Post : T Ö P � {0, 1} es el conjunto de lugares de salida de TUna RPO marcada es un par Nm = {N, M0} en el cual N es una

red de Petri Ordinaria y M0 es el marcado inicial.

3.3. Simulador

HPSim Es un simulador de Redes de Petri que posee varias característicasimportantes, tal como es la capacidad de los lugares, ya que cuando la cantidadde marcas en un lugar dado es igual a la capacidad del mismo, las transicionesque alimentan ese lugar quedan suspendidas hasta que el lugar vuelva a tenerespacio disponible para recibir nuevas marcas. Una particularidad que tiene elsoftware son los arcos inhibitorios, un arco de este tipo suspende la transicióndestino si el lugar de origen tiene alguna marca. En cuanto a los intervalos deejecución de las transiciones, pueden ser: inmediatos, determinísticos, estocásti-cos con distribución exponencial o con distribución uniforme. Los intervalos secuentan a partir de que la tarea está habilitada por las otras condiciones. [17]

3.4. Simulación

Para la simulación del proceso de ensamblaje del automóvil se tuvo en cuentala siguiente secuencia:

Figura 3.3: Secuencia de Proceso de Ensamblaje

Sensor 1: Sensor de proximidad, veri�ca que el chasis ya se encuentre situadoen la banda transportadora para el inicio del proceso.

Sensor 2: Sensor de proximidad, veri�ca que el chasis este situado en laposición especí�ca para proceder a poner puertas delanteras y traseras.

Sensor 3: Sensor de proximidad, veri�ca que el chasis este situado en laposición especí�ca para proceder a colocar capo y baúl.

A partir de los anteriores pasos se desarrolló la simulación en el SoftwareHPSim para Redes de Petri, este programa permite desarrollar paso a paso elproceso de acuerdo a lo diseñado previamente, este nos arroja los resultados dela simulación y la veri�cación si todo el algoritmo está funcionando de formacorrecta, el programa también cuenta con un menú para la creación de los lu-

gares, transiciones y arcos, y así mismo cambiar las propiedades de cada uno delos elementos.

El algoritmo de control desarrollado para el proceso de ensamblaje del au-tomóvil basado en las Redes de Petri se muestra en las siguientes �guras2:

Figura 3.4: Simulación (Parte 1)

2Los números en color rojo emulan el �ujo de las conexiones para que el usuario se guie

Figura 3.5: Simulación (Parte 2)

Figura 3.6: Simulación (Parte 3)

Figura 3.7: Simulación (Parte 4)

Figura 3.8: Simulación (Parte 5)

Figura 3.9: Simulación (Parte 6)

3.5. Pesos

Podemos añadir pesos en los arcos (lugares y transiciones). La transiciónestá habilitada si cada lugar de entrada tiene al menos tantas marcas comopesos el arco. Cuando se dispara, se producen tantas marcas como pesos tienenlos arcos, como se ve en el siguiente ejemplo. [19]

Figura 3.10: Ejemplo de una Red de Petri con pesos en los arcos

3.6. Semántica

Las Redes de Petri manejan una semantica especial, la cual dice que si unatransición está activada (habilitada) si todos los estados que están conectadosa ella mediante arcos de entrada tienen al menos una marca, tal como se ve enla siguiente �gura:

Figura 3.11: Activación de una transicion (Semántica)

Los diferentes componentes de una red de Petri tienen habitualmente lassiguientes interpretaciones: Las marcas representan recursos en el amplio sentidode la palabra y pueden ser tanto recursos físicos, como recursos no materiales,tales como:

Información

Mensajes, etc.

Los lugares es donde los recursos pueden esperar o almacenarse. Las transicionesrepresentan acciones que consumen recursos para luego transformarlos, o bienproducir nuevos recursos. Los pesos de los arcos que van de un lugar a unatransición, representan el número mínimo de recursos de la clase almacenada endicho lugar que son necesarios para llevar a cabo la acción representada por latransición.

Los pesos de los arcos que van de una transición a un lugar representanel número de recursos de la clase que es almacenada en dicho lugar que sonproducidos al llevarse a cabo la acción que representa la transición.

3.7. Otros tipos de redes de Petri

Coloreadas: Las cuales añaden una estructura de datos a las marcas, quedependiendo del caso puede ser comprobada y modi�cada por las transi-ciones.

Con tiempo: Si es necesario se pueden aplicar diversas maneras de expresarintervalos de tiempo (tiempo en transiciones, arcos, lugares, marcas).

Estocásticas: Una distribución exponencial negativa asociada a las transi-ciones que aveces se asocia con las cadenas de Markov.

Orientadas a objetos.

Híbridas.

Capítulo 4

MELFA WORKS

4.1. Caracteristicas generales

Mediante la utilización de MelfaWorks y RT-TOOLBOX se hace el desa-rrollo y el empalme de lo propuesto para cumplir los objetivos planteados, seconstruye un proceso de ensamble del automóvil teniendo en cuenta su espaciode trabajo, las características técnicas que un ensamble de un automóvil aqueja.Entre lo más importante podemos destacar que el diseño de los pallet, la bandatransportadora, el chasis, las puertas, capo, baúl, etc. Fueron construidas enbase a un protocolo didáctico que es en el cual se enmarca el trabajo, para quelas labores o talleres realizados a futuro tengan un base en la cual guiarse. Acontinuación se dará una explicación detallada y paso a paso de los puntos claveque se deben tener en cuenta al momento de hacer una simulación con la quepodemos obtener una evidencia acerca de lo que sucedería en la vida real con lascondiciones de trabajo adecuadas y una programación de los robots bien hecha.Se propone también el manejo y la conexión de los PLC's de ambos robots,los cuales trabajaron de forma maestro-esclavo, lo cual es bastante practico ala hora de realizar tareas cooperativas entre 2 o más maquinas. Esto permitióobservar que los bene�cios del trabajo se enfocaron en la calidad del producto,en ahorrar tiempo y en la seguridad del operario. 1[20, 21]

4.2. Con�guración robots

La con�guracion se llevo a cabo con el uso de los manuales otorgados porla Universidad Militar Nueva Granada, y a partir de estos se desarrolló losnuevos procedimientos para el trabajo de robotica colaborativa. A continuacionse muestra un manual para los usuarios que esten interesados en trabajar enesta area de la robotica y la automatizacion.

1Se sugiere a los usuarios interesados en utilizar este programa revisar el manual de usuariode MelfaWorks y de RT-TOOLBOX (ver Anexos)

64

4.2.1. Iniciar MelfaWorks

Teniendo en cuenta que MelfaWorks es un complemento de SolidWorks, sedebe iniciar primero SolidWorks y veri�car en la pestaña Opciones que éstecomplemento este habilitado asi como podemos observar en la �gura 4.1.

Figura 4.1: Pantalla Principal SolidWorks

Al iniciar MelfaWorks se abren dos ventanas, las cuales no deben cerrarse.En la primera ventana se encuentran todas las funciones que ofrece el programa,si esta se cierra y no ha �nalizado la simulación SolidWorks se cerrará. En la�gura 4.2 observamos un boton encerrado en un cuadro rojo, esto nos indica quepodemos visualizar o ocultar las trayectorias del robot dependiendo de nuestrasnecesidades.

Figura 4.2: Ventana de Funciones Principales del programa

Como podemos observar en el cuadro 4.1 se muestra una descripcion deta-llada del funcionamiento de los botones que aparecen en la ventana inicial, lacual debe aparecer al ejecutarse MelfaWorks. Se

Cuadro 4.1: Tabla de Descripción de la Ventana Principal de MelfaWorksBotón Descripción

Robot setting Cambiar la con�guración del

modelo del robot.

Layout Ubicación del robot y de elementos

periféricos.

Robot operation Cambiar las posiciones del robot.

Calibration Editar los datos de calibración

Work-�ow Editar puntos de movimiento del

robot, la ruta y el �ujo.

Virtual controller Operación del controlador virtual.

Check interference Comprobación de la interferencia o

no del robot, gripper, herramienta,

pieza de trabajo, etc.

La segunda ventana indica el estado de la comunicación entre el robot y elcontrolador virtual, debe aparecer tal como se ve en la �gura 4.3.

Figura 4.3: Ventana de Estado de comunicación Robot - Controlador Virtual

4.2.2. Crear un Proyecto

Para crear un nuevo proyecto, en la pestaña Workspace (W) se debe abriro crear un nuevo Workspace o espacio de trabajo asi como en la �gura 4.4. Esnecesario darle un nombre a la carpeta donde se guardarán todos los archivosgenerados por el programa.

Figura 4.4: Ventana para la creación de un nuevo espacio de trabajo

Una vez creado el proyecto, en la ventana principal de MelfaWorks en elbotón Robot setting (el cual se muestra en la �gura 4.5) se con�gura el robotcon el cual se va trabajar.

Figura 4.5: Seleccionar boton Robot setting

Despues de haber hecho clic en el boton indicado debe aparecer la siguienteventana (observar �gura 4.6)

Figura 4.6: Ventana de Robot Setting

A continuación se selecciona el tipo de controlador y el robot a utilizar. Eneste caso se escoge el controlador CRnQ-7xx (Figura 4.7) y el robot RV-3SQB

o RV-6SQL (Figura 4.8). Para visualizar el robot en el espacio de trabajo enSolidWorks se selecciona la opción Show robot.

Figura 4.7: Ventana de seleccion del controlador

Figura 4.8: Ventana de Seleccion de Robot a usar

4.2.3. Ensamble del Gripper

El gripper debe crearse en SolidWorks y la pieza debe ser guardada comoxxxx_Hand.SLDRT para que MelfaWorks® la reconozca. El gripper debe serdiseñado con dos sistemas de coordenadas, uno al inicio de la pieza y el otro al�nal, tal como se muestra en la �gura 4.9, estos orígenes deben ser nombradoscomo Orig1 y Orig2 respectivamente. Es importante que la orientación del ejeZ de los sistemas de coordenadas tanto del gripper y del robot coincidan.

Figura 4.9: Gripper y sus ejes

Para agregar el gripper al espacio de trabajo, este se debe cargar por mediodel botón Insertar componente, como se muestra en la �gura 4.10.

Figura 4.10: Imagen para insertar el gripper al espacio de trabajo

Para ensamblar el gripper correctamente, en la ventana de dialogo Robotdetails setting (Figura 4.11), se debe hacer click dentro del TextBox Hand,

seguido a esto seleccionar el gripper y este automáticamente se conectará alrobot.

Figura 4.11: Ventana de Robot details setting para ensamble de gripper

4.2.4. Delimitación del Espacio de Trabajo

Para delimitar el espacio de trabajo de los robots, se debe crear un CADen SolidWorks que contenga las medidas deseadas y los componentes requeridoscon los cuales los robots interactuarán, ver �gura 4.12.

El espacio de trabajo debe ser creado con un sistema de coordenadas encada punto de la pieza, en donde se ubicarán los robots, teniendo como nombreOrig1 y Orig2 respectivamente. Es importante que la orientación del sistema decoordenadas coincida con el sistema de coordenadas del robot. La pieza debe serguardada como xxxx_Work.SLDRT debido a requerimientos de MELFAWorks.

Figura 4.12: Espacio de Trabajo para los Robots

Para agregar la celda de trabajo, esta se debe cargar al workspace por mediodel botón Insertar componente, y debe quedar como se ve en la �gura 4.13.

Figura 4.13: Espacio de Trabajo con los Robots

Para ensamblar el espacio de trabajo y los robots, en la ventana de dialogoLayout, se debe hacer click en el TextBox Target y seleccionar cualquier parte delrobot. Seguido a esto, seleccionar el RadioButton Coordinate System y escogerel origen de coordenadas creado en el espacio de trabajo (Orig1).

Se debe colocar todos los campos ubicados a la derecha de la ventana en 0(cero) y automáticamente el robot y la celda de trabajo quedaran ensamblados(ver �gura 4.14).

Figura 4.14: Con�guracion y ensamble de Robots

4.2.5. Creación de Puntos y Trayectorias

MelfaWorks® permite crear puntos intermedios de trabajo a partir de laposición �nal del Gripper, los cuales son necesarios para formar las trayectoriasque seguirá el robot para cumplir con una tarea especí�ca en el espacio detrabajo.

Para crear estos puntos, en la ventana de dialogo Robot Operation (�gura4.15), se puede variar la posición de cada articulación del robot o modi�car laposición �nal XYZ del robot. Por otro lado se puede cambiar las velocidad delos movimientos del robot.

Figura 4.15: Ventana de Robot Operation, para identi�cacion de coordenadasdel mismo

Con el botón Work-�ow, es posible crear una secuencia de puntos o trayec-torias. Para esto se debe ubicar el robot en la posición deseada mediante lossliders de la ventana Robot Operation. Seguido a esto, se debe dar click en elbotón Get Location, lo cual permite guardar los puntos de la trayectoria delrobot, ver �gura 4.16.

Figura 4.16: Ventana para la creacion de secuencia de puntos o trayectorias delRobot

Una vez agregados los puntos de la trayectoria del robot, se crean los co-mandos de movimiento con el botón Add to �ow. Se pueden agregar los puntosen el orden deseado. Para guardar el programa se debe dar click en el botónConv. Estos datos se almacenan de forma automática en un archivo de extensión.PRG. (Figura 4.17)

Figura 4.17: Ventana para guardar los puntos obtenidos del Robot

4.2.6. Simulación y Movimiento

El programa creado se puede simular mediante una herramienta que poseeMelfaWorks. Para esto se debe dar click en el botón Virtual controller en lapantalla principal de MelfaWorks, debemos obtener la ventana que se muestraen la �gura 4.18.

Figura 4.18: Ventana de simulación

En primer lugar se debe prender el controlador con el botón POWER delVirtual Controller, automáticamente se pondrá de color amarillo. Seguido a esto,conectar el controlador con el botón CONNECT, el cual conectará los robotscon el controlador. Para comprobar que se realizó la conexión correctamente, enla ventana de diálogo Communication Server2, en el TextBox Line State debeaparecer SimulationConnecting.

Figura 4.19: Encendido del Virtual Controller

Figura 4.20: Veri�cacion de conexión

Una vez realizada la conexión entre el robot y el controlador, por medio delbotón Reference(B) (ver �gura 4.21) se busca el programa que se desea cargarpara realizar la simulación, el cual está ubicado dentro de la carpeta creada delproyecto.

Figura 4.21: Ventana para la ejecución del programa realizado

Dentro de la carpeta RC1 se encuentra una carpeta de nombre Programdonde se encuentra el programa.

Figura 4.22: Ventana de carpeta RC1

Figura 4.23: Ubicacion del Programa

Al cargar el programa, este se puede visualizar en la ventana Program, conel botón Execution se puede ejecutar el programa desde esta ventana de dialogo(ver �gura 4.24).

Figura 4.24: Ejecución del programa

De esta forma el programa queda guardado en la memoria del controladorvirtual. Con el programa cargado en el controlador ya se puede realizar la si-mulación, para esto se debe hacer click en el RadioButton Program y con las�echas Up y Down se busca el programa que se desea ejecutar. Con el botónSTART se da inicio a la simulación, la cual se puede visualizar en el espacio detrabajo recreado, asi como se observa en la �gura 4.25.

Figura 4.25: Ventana de visualización de la simulación

Capítulo 5

DESCRIPCIÓN ENTORNO

En este capítulo se explica brevemente el funcionamiento de los programasutilizados para el desarrollo del trabajo, donde se aplica todo lo que tiene quever con simulación 3D (CAD), programación PLC's, programación CPU, comu-nicación, integración de todos los sistemas.

5.1. MelfaWorks

MelfaWorks es una herramienta avanzada de simulación, diseño y modela-ción para los robots de las series A, S, SD y SQ de Mitsubishi. MelfaWorksfunciona como complemento de SolidWorks, un software de diseño CAD en 3Dde terceros. MelfaWorks aprovecha la potencia de SolidWorks al permitir com-plejas simulaciones de robots en entornos de maquinarias existentes. Incluye laversión limitada de RT-TOOLBOX 2 para la creación y depuración de progra-mas. Además de la simulación, una función de enlace CAD permite la creaciónde programas para archivos de CAD. Las imágenes de simulación pueden guar-darse como archivos .avi para usarlas en el futuro y para demostración.[21, 22]

Las funciones avanzadas incluyen:

Veri�cación del tiempo del ciclo

Veri�cación de interferencia

Simulación de movimientos de robot en 3D

Manipulación de piezas de trabajo Integración 3D con celdas existentes

Simulación manual/herramienta

Simulación de cambio de herramienta Creación y depuración de programas

Función de enlace CAD

Creación de videos AVI

78

5.1.1. La interface entre el hombre y la técnica

Con el sistema de simulación de robots en 3D MELFA WORKS es posiblesimular células completas de trabajo, es decir, tanto los robots como sus interac-ciones con el entorno. MELFAWORKS soporta para ello, además de a la familiacompleta de robots de Mitsubishi, también a un amplio espectro de dispositivosde automatización, tales como sistemas de �ujo de materiales, distintos tipos desensores y actores etc. A partir de estos componentes de automatización puedeusted generar instalaciones de producción que satisfagan sus requerimientos.[20]

5.1.2. Auténtica simulación del entorno

Los robots se programan en sus lenguajes de control (MELFA BASIC Vo bien MELFA BASIC IV) dentro del entorno de simulación, de manera quela transmisión a robots reales se lleva a cabo ya sin necesidad de más pasosde conversión o de procesamiento. En la simulación misma se emplea un len-guaje de programación de robots conocido, de manera que al trabajar con lasimulación es posible emplear los conocimientos y la destreza ya existentes deprogramación de robots reales. La ayuda online sirve de ayuda paso a paso parala correcta formulación sintáctica. Los programas de robot creados pueden com-probarse dentro del entorno de simulación, eliminando la necesidad de retirarde la producción la célula de trabajo con estos �nes. [20]

5.1.3. Reducción de costos

Los sistemas RT ToolBox2 y MELFA WORKS representados son podero-sas herramientas para la obtención de un máximo de e�cacia y una máximareducción de costos en la con�guración y la operación de soluciones de auto-matización con robots. Estas herramientas permiten diseñar y operar los siste-mas con un grado de �abilidad muy alto incluso antes de adquirir el hardwarecorrespondiente.[20]

5.2. Melfa-Vision

El software Melfa-Vision es una herramienta de con�guración y programa-ción que simpli�ca la integración de los sensores de visión de la serie CognexIn-Sight con los robots de las series A, S, SD y SQ de Mitsubishi. Melfa-Visionpermite una escritura de programas de visión rápida y e�ciente, transferenciay copia de seguridad de programas, y captura y calibración de imágenes. Todoesto se combina con los comandos de visión dedicados suministrados en Melfa-Basic y la conexión directa mediante Ethernet para simpli�car en gran medidala integración de visión.[20]

5.3. RT-ToolBox

RT-Toolbox es el principal paquete de software para los robots Mitsubishique utilizan los controladores de las series CR_-500 y CR_-700. Este softwa-re incluye un conjunto completo de herramientas para las tareas importantesde programación y con�guración de robots. RT-Toolbox está basado en Win-dows® y está disponible en dos formatos: estándar con simulación o limitadosin simulación.

Las herramientas incluyen:

Con�guración del sistema

Edición y depuración del programa

Conversión de programas (MELFA Basic IV a MELFA Basic V)

De�nición de parámetros

Simulación (en la versión estándar solamente)

Monitoreo del sistema

Gestión de archivos

Diagnóstico de robots

Mantenimiento de robots

5.4. GX Works

GX Works2 es el software de con�guración y programación de próxima ge-neración para los controladores de las series FX y Q, tiene el objetivo de lograrla máxima e�ciencia, además permite que los desarrolladores combinen cincolenguajes de programación distintos, cada uno con un estilo de programacióndiferente. Los parámetros del módulo de función especial se con�guran usandolas indicaciones y los menús desplegables, y no mediante asignaciones de bytes ybits arbitrarias. Un PLC virtual integrado en la computadora permite la simula-ción total del sistema incluso antes de que el hardware llegue a las instalaciones.Después de descargar el proyecto en el sistema real, GX Works2 incluye diver-sos modos de control, funciones de seguimiento y capacidades de depuración enlínea para darle los últimos toques a la aplicación y agilizar la puesta en servicio.

5.5. MELSOFT Navigator

MELSOFT Navigator es el núcleo de iQ Works, el cual permite diseñarfácilmente sistemas completos de nivel superior e integrar perfectamente losdemás programas MELSOFT incluidos con iQ Works. Las funciones tales como

el diseño de con�guración del sistema, la de�nición de parámetros de lote, lasetiquetas del sistema y la lectura de lotes.

Figura 5.1: Esquema iQ Works

Capítulo 6

SIMULACIÓN YVALIDACIÓN

En este capítulo se realiza una integración de los programas necesarios paraveri�car y validar las simulaciones online y o�ine que se realizaron de esteproyecto, esto con el �n de validar que el funcionamiento en la vida real deeste desarrollo es viable siempre y cuando se tengan las condiciones necesariasy se proceda a llevar todo lo mostrado de una forma conforme a lo escrito enel documento. También se incluye la aplicación de las técnicas de coordinaciónque fueron empleadas para que los 2 robots trabajen de forma simultánea en elmomento del ensamble, y que la participación de los sensores y actuadores seala equivalente a la real.

6.1. Manual técnica de coordinación

La técnica de coordinación funciona de acuerdo a la implementación de variosprogramas, los cuales van a ser explicados cada uno para la comprensión delusuario.

6.1.1. Con�guración del Workspace

Para crear un nuevo proyecto, en la pestaña Workspace se debe abrir o crearun nuevo Workspace o espacio de trabajo. Es necesario darle un nombre a lacarpeta donde se guardarán todos los archivos generados por el programa.

82

Figura 6.1: Ventana para la creación del nuevo Workspace

Se selecciona �Q series module con�guration�

Figura 6.2: Ventana para la con�guración del modulo

Una vez creado el proyecto, en la ventana principal de MELSOFT NAVI-GATOR, se con�gura la conexión de Bus de campos, los componentes del PLCy se enlazan los demás programas de IQ WORKS que se van a trabajar.

Figura 6.3: Ventana principal de Melsoft Navigator

Con la ventana Lista de Módulos, se seleccionan los componentes del PLC decada uno de los manipuladores, entre ellos la CPU del PLC, CPU del controladormódulos de entradas y salidas análogas y digitales, fuente de alimentación, entreotras.

Manipulador 1

Figura 6.4: Ventana para seleccion de los componentes del PLC

Para agregar otro �Q Modules Con�guration� es decir el otro manipuladorse da click derecho en �Module Con�guration� y se procede a agregar el nuevorobot.

Figura 6.5: Ventana para añadir nuevo robot

Se con�gura el PLC del manipulador 2 con los módulos correspondientes.

Figura 6.6: Ventana para con�guración de modulos

En la pestaña �Network Con�guration� se selecciona la red de comunicacióno bus de campo que se va a utilizar, en este caso red ETHERNET.

Figura 6.7: Ventana para la selección de la con�guración de red

Con las dos PLC conectados a la Red Ethernet se selecciona �Start X, YBatch Input� para asignar los registros de memoria a cada uno de los módulos.

Figura 6.8: Con�guración de los registros de memoria

Para enlazar los programas que se van a utilizar en el proceso de la robóticacolaborativa, se necesita crearlos directamente desde el MELSOFT NAVIGA-TOR, estos programas son: GX WORKS2 utilizado en la programación de laCPU del PLC, y el RT TOOLBOX para realizar la programación del controladordel robot y así poder simular el programa.

Figura 6.9: Comunicación con GX WORKS2 y RT-TOOLBOOX

Ya que para el proyecto de robótica colaborativa se utilizarán dos robots, sedebe crear un programa por cada manipulador. Se debe agregar cada progra-ma al módulo correspondiente mediante la opción �Allocate Proyect whit thecontroller� en la barra de menú Workspace.

Figura 6.10: Con�guración de programas

A cada módulo se le asigna el programa correspondiente.

Figura 6.11: Asignación de programas para cada modulo

Se deben cargar los parámetros al PLC mediante la opción �Parameter� enla pestaña �Batch Re�exion�.

Figura 6.12: Con�guración del PLC

6.1.2. Creación de SUBPROGRAMAS

Para ensamblar todo el proceso se hace necesario crear subprogramas parala integración de todas las características que lleva consigo utilizar diferentesherramientas industriales.

6.1.2.1. Programa en GX WORKS2

Para crear un programa en GX Works2 se debe dar click en la pestañaProject en la opción NEW, se debe seleccionar el tipo y la referencia de la CPUy el lenguaje de programación a utilizar.

Figura 6.13: Con�guración proyecto en GX Works

Para acceder a la plataforma de GX Works2 desde MELSOFT Navigatorse debe hacer doble click en el archivo creado con extensión GXW en cadamanipulador. En donde se despliega la siguiente ventana principal.

Figura 6.14: Ventana principal GX Works

En la ventana Project, seleccionar �Parameter� y luego la pestaña �I/O As-signment� para veri�car la con�guración de los módulos del PLC. Las entradasse nombran con la letra X y las salidas con la letra Y.

Parámetros manipulador 1

Figura 6.15: Ventana de Parametros para manipulador 1

Parámetros manipulador 2

Figura 6.16: Ventana de Parametros para manipulador 2

En la pestaña �Multiple CPU Settings� se veri�ca que la con�guración seala siguiente.

Figura 6.17: Ventana de con�guración de la CPU

Se debe crear el programa de instrucciones, quien se encargará de procesarla lógica computacional del proceso. El programa se realiza en lenguaje ladder.En la pestaña �Boot File� se elige el programa que siempre se ejecutará comoprimera opción.

Figura 6.18: Creación del programa de instrucciones

Para realizar la programación en lenguaje Ladder del PLC, se debe selec-cionar en la ventana �Project�, la pestaña �POU�, �program� y seleccionar elarchivo �MAIN� que es el programa en donde se programará la rutina de traba-jo. Mediante la pestaña �Compile� se realizará la compilación del programa.

Figura 6.19: Programación de la rutina de trabajo

Para la veri�cación del correcto funcionamiento del programa en la pestaña�Debug� se debe dar click en �Star/Stop Simulation�

Figura 6.20: Veri�cación del correcto funcionamiento

Se abrirá la siguiente ventana y se cargará el programa a la memoria virtualde simulación de GX Works

Figura 6.21: Ventana para cargar el programa a la memoria virtual

6.1.2.2. Programa en RT Toolbox

Para crear un nuevo proyecto, en la pestaña Workspace se debe abrir o crearun nuevo Workspace o espacio de trabajo. Es necesario darle un nombre a lacarpeta donde se guardarán todos los archivos generados por el programa.

Figura 6.22: Ventana principal RT-TOOLBOX

Figura 6.23: Creación de nuevo proyecto

Se procede a seleccionar el manipulador con el que se va a trabajar en estecaso el RV-6SQL y el tipo de comunicación a utilizar, en este caso Ethernet.

Figura 6.24: Selección de manipulador

Al con�gurar el manipulador 1, se despliega una lista con el estado de lacomunicación del robot, que en este caso es o�-line.

Figura 6.25: Estado de la comunicación con el robot

Figura 6.26: Simulación o�ine

Para añadir un nuevo manipulador se da click derecho en el nombre delproyecto y se selecciona �Add Project� y se procede a con�gurar el robot conlas especi�caciones correspondientes.

Figura 6.27: Adición de nuevo robot al proyecto

Para crear un nuevo programa se da click derecho en la pestaña �Program�y se selecciona la opción �NEW�. Se debe dar un nombre al programa, éste seráguardado en la memoria del computador.

Figura 6.28: Creación de nuevo programa

Figura 6.29: Nuevo programa para el robot

A continuación se abre una ventana en donde se pueden añadir las coorde-nadas de la trayectoria que realizarán los robots.

Figura 6.30: Ventana para añadir trayectorias del robot

Para agregar estas coordenadas se da click el botón �Add�, aparecerá unanueva ventana en donde se pueden agregar las coordenadas XYZ o la posiciónde cada articulación del robot.

Figura 6.31: Editor de posición

En la pestaña �File� el programa puede ser guardado en el computador o enel controlador del Robot.

Figura 6.32: Guardar con�guración deseada

6.1.3. Técnica de Coordinación

El programa realizado en GX Works2 es un programa en lenguaje ladderque permite realizar una secuencia de operaciones para coordinar los dos ro-bots manipuladores. Para el desarrollo de este proyecto se utilizaron 4 sensoresinductivos los cuales permiten detectar en qué posición se encuentra el carro.

El proceso inicia con un botón START, el cual permite encender las bandastransportadoras, para que empiece el proceso de ensamblaje. Los 4 sensores estánubicados estratégicamente para que la coordinación entre el tiempo de duraciónde encendido de las bandas y el tiempo de respuesta del robot sea exacta, conel �n de realizar el proceso de ensamblaje en el menor tiempo posible.

Figura 6.33: Vista superior espacio de trabajo

Debido a las condiciones de operación de los robots para tareas de ensam-blaje, el robot principal en este caso RC1 actúa como maestro y el robot RC2como esclavo, esto permite que los dos robots trabajen conjuntamente con unretardo mínimo en el tiempo de respuesta del robot esclavo.

El primer sensor activa una marca que se encarga de encender los servomoto-res de los dos robots, el segundo sensor activa una marca para iniciar la primeratrayectoria del robot maestro, el cual envía una señal al robot esclavo para queeste inicie la trayectoria a recorrer. Cuando el segundo robot termine la tra-yectoria recorrida manda una señal al robot maestro para empezar la siguientetarea de ensamble. El proceso continua con las activaciones de los dos sensoresrestantes. El orden de ensamble del automóvil es: Primero puertas delanteras,seguido de las puertas traseras, baúl y por último el capó. En la programación,aparte de las entradas, salidas y marcas auxiliares se debe utilizar temporizado-res para garantizar que la duración de las trayectorias sean exactos y los robotspuedan realizar un trabajo de coordinación en el menor tiempo posible.

6.1.4. Simulación O�-Line

Como primer paso para realizar la simulación O�-line se debe inicializarMELFAWORKS.

Figura 6.34: Ventana principal de SolidWorks y Melfa Works

En el proyecto MELSOFT Navigator se abre el proyecto creado anteriormen-te de RT Toolbox 2. Deben aparecer los dos robots en el Workspace, lo siguientees con�gurar las direcciones IP de los controladores. Seleccionar el botón Onliney seleccionar los dos controladores de los robots.

Figura 6.35: Con�guración de simulación online

Figura 6.36: Selección de robots

En el MelfaWorks se debe encender el controlador de los robots, la ventanade comunicación indicará que la conexión se realizó exitosamente si el estado dela comunicación es �SimulationConnecting�.

Figura 6.37: Ventana para el encendido del controlador

Figura 6.38: Ventana de conexión exitosa

Mediante la opción �Debug� se trans�eren los programas a cada controlador,y así permitir la ejecución de cada uno.

Figura 6.39: Ejecución de programas

Figura 6.40: Transferencia de programas

Figura 6.41: Visualización de los robots en movimiento

La ventana de Debug permite, encender los sevomotores, visualizar los mo-vimientos de los robots, variar la velocidad para evitar incidentes, y arrancar elprograma de los dos robots al tiempo.

Capítulo 7

DELIMITACION YALCANCE

7.1. Conceptual

Diseñar un algoritmo lógico basado en la robótica colaborativa, para proce-der a implementarlo en una aplicación industrial como lo es una ensambladorade automóviles, esto con �nes didácticos, mejor precisión, calidad del producto,tiempos de producción y seguridad industrial.

7.2. Geogra�ca

El proyecto se realizó en la ciudad de Bogotá D.C., en el espacio de laUniversidad Militar Nueva Granada, la cual está ubicada en Av. Calle 100 conCr 11. Los Robots se encuentran en el Laboratorio de Automatización Industrialdentro de las instalaciones de la UMNG.

7.3. Temporal y Cronológico

El proyecto se realizó en los 2 semestres comprendidos entre el año 2013-IIy 2014-I. Todo eso de acuerdo a lo programado en el cronograma del proyecto.

104

CONCLUSIONES

Mediante el uso de los diferente tipos de programación de robots tales comoLadder y Melfa Basic V, y en conjunto con otras herramientas, un procesopuede llegar a ser más e�ciente permitiendo reducir costos y tiempos deproducción, está programación puede ser ejecutada de modo �on-line� y�o�-line�, con el �n de programar el robot de acuerdo a la situación realde las piezas y del ambiente de trabajo.

La programación o�-line permite el uso de elementos CAD ya existenteshaciendo que la programación sea rápida y sencilla, facilitando la posi-bilidad de diseños de varios espacios de trabajo, detectando los errorestempranamente en estos diseños y así poder corregirlos para evitar retra-sos, sobrecostos y riesgos en la implementación de los procesos, lograndoasí un desarrollo más versátil en las diferentes tareas a realizar para unmismo proceso. Por consiguiente permite la veri�cación del correcto fun-cionamiento del programa a través de simulación y visualización de lastareas que ejecutará el robot.

La aplicación de una técnica de coordinación para un proceso automatiza-do de robots, se basa en considerar un robot como maestro y el otro comoesclavo, con el �n de programar una secuencia de tareas para cada roboten el mismo proceso y espacio de trabajo. El software iQ Works, permitela integración de diferentes programas que ayudan en la aplicación de éstatécnica, logrando así la comunicación entre los PLC´s de cada robot, paradesarrollar las diferentes tareas en las que son utilizados.

El diseño de ambientes industriales simulados permite que los usuariosinteresados realicen pruebas para ajustar partes del proceso las cuales nofuncionan de la manera adecuada o se quieren cambiar por razones decosto/bene�cio. Se hace importante que las industrias utilicen este tipode herramientas que en la actualidad pueden ayudar a ahorrar dinero yhacer que las inversiones que se hagan sean con un porcentaje menor depérdidas y mayor ganancia en varios aspectos.

La versatilidad de utilizar la gama de Software y Hardware de MitsubishiElectric tales como MelfaWorks, GX Works, RTToolbox y Melsoft Navi-gator, permite que estos elementos se complementen de una forma más

105

e�ciente, ya que no hay que cambiar entre otras marcas para buscar so-luciones a los problemas que se presenten, solamente se sugiere tener losmanuales de usuario tanto para los robots como para los software a usar.

Bibliografía

[1] �Robot UR5.� [Online]. Available: http://www.universal-robots.es/Files/Billeder/Casefotos/VW_DE/UR5_Faude_VW_01.png

[2] �Primero robot que colabora directamente con trabajadores en la fábricade volkswagen | business wire,� Aug. 2013. [Online]. Available: http://www.businesswire.com/news/home/20130829006128/es/#.U-uQ02OrSjN

[3] m. (www.meacon.de), �KUKA robots industriales - pro-cesos automáticos de ensamblado.� [Online]. Availa-ble: http://www.kuka-robotics.com/es/solutions/solutions_search/L_R142_Body_shop_Mercedes_Benz_A_Class.htm

[4] �Robot body shop - mercedes benz a class.� [On-line]. Available: http://www.kuka-robotics.com/NR/rdonlyres/D0255666-3DF4-4219-B832-3F13428CF32F/0/L_R142_Body_shop_Mercedes_Benz_A_Class_01.jpg

[5] �Automation of foundry with robot.� [Onli-ne]. Available: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8a/Automation_of_foundry_with_robot.jpg

[6] �Aplicaciones industriales de la robotica.� [Online]. Available: http://proton.ucting.udg.mx/materias/robotica/r166/r108/r108.htm

[7] G. Lorenzo Lledó, �Automatizacion de una planta industrial.�[Online]. Available: http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/10056/1/Su�ciencia%20Gonzalo.pdf

[8] �Proceso de ensamble de automoviles.� [Online]. Available: http://www.tecnotic.com/images/planta.jpg

[9] �Produccion de cerveza.� [Online]. Available: http://www.deltasec.es/img/esquema7.jpg

[10] �Automatización.� [Online]. Available: http://www.sc.ehu.es/sbweb/webcentro/automatica/WebCQMH1/PAGINA%20PRINCIPAL/Automatizacion/Automatizacion.htm

107

[11] �Piramide de automatización.� [Online]. Available: http://www.sistemasdecontrolindustrial.com/imagenes/Control%20y%20Automatizacion/PIRAMIDE%202.png

[12] P. Ponsa and A. Granollers, �Diseño y automatización industrial,�Sep. 2014. [Online]. Available: http://www.epsevg.upc.edu/hcd/material/lecturas/interfaz.pdf

[13] �Introducción a la automatización industrial.� [Online]. Available:http://www.uhu.es/diego.lopez/AI/auto_trans-tema1.pdf

[14] �PLC.� [Online]. Available: http://www.sc.ehu.es/sbweb/webcentro/automatica/WebCQMH1/PAGINA%20PRINCIPAL/PLC/plc.htm

[15] �Principios básicos de PLC.� [Online]. Availa-ble: http://recursostic.educacion.es/observatorio/web/ca/component/content/article/502-monogra�co-lenguajes-de-programacion?start=2

[16] �Presentacion redes de petri - automatizacion industrial,� 2013. [Online].Available: http://www.uhu.es/diego.lopez/AI/auto_trans-tema3.PDF

[17] M. Silva, Las Redes de Petri: en la automática y la informática. EditorialAC, 1985.

[18] J. Cervantes Canales, �Representación y aprendizaje de conocimien-to con redes de petri difusas,� Ph.D. dissertation, CENTRO DEINVESTIGACIÓN Y DE ESTUDIOS AVANZADOS DEL INSTITU-TO POLITÉCNICO NACIONAL, México, D.F., Mar. 2005. [Online].Available: http://www.ctrl.cinvestav.mx/~yuw/pdf/MaTesCCJ.pdf

[19] M. Granda, �Redes de petri: De�nición, formalización y ejecución.�[Online]. Available: http://www.ctr.unican.es/asignaturas/MC_ProCon/Doc/PETRI_1.pdf

[20] �MELFA WORKS - mitsubishi electric factory automation - spain.�[Online]. Available: https://es3a.mitsubishielectric.com/fa/es/products/rbt/robot/melfa_works

[21] �Melfa SW software para robots industriales,� 2008.[Online]. Available: http://www.gruposhanoc.com/pdf/mitsubishi/MELFA-206648-catalogo.pdf

[22] �Mitsubishi electric automation inc. - conjunto de software iQ works.� [On-line]. Available: http://es.meau.com/eprise/main/sites/public/Products/Software/iQ_Works_Suite

[23] �Robot trabajando en conjunto para desarrollar tareas especi�cas.�[Online]. Available: http://prodavinci.com/sistema/wp-content/uploads/2013/02/robot-texto.jpg

[24] �Robot manipulador encajando producto loncheado.� [Online]. Available:http://www.mecanizadosvillarreal.com/cmsupload/videos/jamones1.jpg

[25] p. , �Este `bartender' robótico prepara las bebidas que ordenasdesde tu celular.� [Online]. Available: http://lagranciudad.net/home/este-bartender-robotico-prepara-las-bebidas-que-ordenas-desde-tu-celular/

[26] �Robot bar tender.� [Online]. Available: http://lagranciudad.net/home/wp-content/uploads/2013/07/the-makr-shakr-bartender-robotico.jpg

[27] �Robots industriales.� [Online]. Available: http://platea.pntic.mec.es/vgonzale/cyr_0708/archivos/_15/Tema_5.4.htm

[28] �Robots en linea de ensamble.� [Online]. Available: http://2.bp.blogspot.com/-fgcZIHxxnzo/T-Yw5Xp1b-I/AAAAAAAAABw/q4u_16Mbs24/s1600/458865.2-lg.jpg

[29] C. A. Rovetto Rios, �Métodos basados en redes de petri para el diseño dealgoritmos de encaminamiento adaptativos mínimos libres de bloqueos,�Tesis Doctoral, Universidad de Zaragoza, 2011. [Online]. Available:http://zaguan.unizar.es/record/7027/�les/TESIS-2012-023.pdf

[30] �Robot software - MelfaWorks, RT-toolbox2, MELFA-vision,� 2014. [On-line]. Available: http://es.meau.com/eprise/main/PSG/Software/Robot_Software.html

[31] A. O. Baturone, Robótica: manipuladores y robots móviles. Marcombo,2001.

[32] �Diagrama generacion de energia electrica.� [Online]. Available: http://jmirez.�les.wordpress.com/2011/05/diagrama_gen_dist_conventional.jpg

110

Anexos

Manual MelfaWorks

Figura 1: Manual MelfaWorks

Manual RT_TOOLBOX

Figura 2: Manual RT-TOOLBOX

Manual Robot Mitsubishi RV-6SQ/6SQL Series

Figura 3: Manual Robot RV-6SQ/6SQL Series

Manual Robot RV-3SQ/3SQJ/3SQB/3SQJB Se-ries

Figura 4: Manual Robot RV-3SQ/3SQJ/3SQB/3SQJB Series