domingo, 27 de diciembre de 2020

La comunicación en la automatización industrial

 La comunicación en la automatización Industrial requiere medios, protocolos y compatibilidad, para que los sensores y actuadores interactúen con el Controlador Lógico Programable.

La comunicación en la automatización industrial

Se considera comunicación al intercambio de información entre 2 partes.

Se dice que para que  exista compatibilidad, se deben comprenden los mensajes entre los involucrados  (sensores, plc, actuadores).

La comunicación básica de control

En los controles tradicionales, los dispositivos de entrada (detectores, botones pulsadores, etcétera) son los emisores, y  el medio por el que se trasmite la información son los conductores eléctricos.

La información de inicio viaja del nivel de campo al nivel de control, de los sensores al  PLC (controlador lógico programable).

La comunicación inicial

Tienen un enlace de comunicación de punto a punto, llamada así porque  cada sensor se conecta a una entrada del PLC.

En las máquinas automatizadas relativamente antiguas utilizan este método llamado “arquitectura de medios tradicional” es  decir atreves de múltiples cables.

La comunicación de un punto a punto

El PLC recibe los datos y los procesa de acuerdo a un programa preestablecido y lo envía a un tercero.

Procesamiento de datos

La comunicación se realiza en 2 pasos, haciendo uso de un mando intermedio llamado preactuador.

El preactuador hace la función de interface entre  la señal de control y la energía de potencia que alimenta al actuador.

La comunicación de salida

Solo para ilustrar la función del preactuador, se muestra un contactor (un interruptor electromagnético trifásico con mando por bobina).

En la automatización moderna de manufactura industrial, se prefieren equipos electrónicos como los convertidores de frecuencia variables (VFD).

Cableado tradicional y cableado basado en Bus de campo, de las entradas de control

El medio de comunicación en la arquitectura moderna de la automatización industrial,  utiliza el  llamado Bus de campo “Field Bus”.

Un bus de campo es un sistema de trasmisión de datos, que simplifica la instalación sustituyendo al mazo de cables.

Continuará
















viernes, 18 de diciembre de 2020

Electroválvulas servopiloteadas

 Las electroválvulas servopiloteadas hacen la función de un preactuadores en los sistemas automatizados que utilizan  de potencia fluida.

Electroválvulas servopiloteadas

Se emplean en el funcionamiento o el paro de cilindros y motores neumáticos o hidráulicos, y operan  a partir de una señal de control.

Las electroválvulas utilizan solenoides (electroimanes) como pilotajes para accionar las válvulas distribuidoras.

Electroválvulas

La señal de control de 24 Voltios de corriente directa proviene del Controlador lógico Programable  (PLC) y alimenta las bobinas "solenoides". 

Preactuador neumático

Para evitar el calor se utilizan  pequeñas bobinas, estas mueven una pequeña válvula para que la presión del sistema desplace un carrete.

 Con el carrete se distribuye el aire a presión, y se permite la salida de aire del sistema de potencia, así  se obtiene el movimiento del vástago del cilindro.

Electroválvula servopiloteada neumática

 Las bobinas son pequeñas forman parte de un electroimán con poca fuerza, mueven una pequeña válvula auxiliar  “de servopilotaje”.

El servopilotaje  permite que la presión del sistema desplace el carrete que distribuye el aire a presión, hacia el cilindro neumático.

Electroválvula servopiloteada biestable

Tienen un accionamiento manual que se emplea para verificar el desplazamiento mecánico de la válvula. 

El accionamiento manual no entra en funcionamiento automático.

Símbolo de una electroválvula neumática servopiloteada

El prefijo servo  señala que se utiliza un sistema o un mecanismo auxiliar.  

Las electroválvulas suelen traer su símbolo, y su lectura nos ayudará a entender   su funcionamiento.

Símbolos de electroválvulas servopiloteadas neumáticas

Continuará













 


domingo, 13 de diciembre de 2020

Preactuadores para motores eléctricos

 Los preactuadores para motores eléctricos son dispositivos que se emplean en el funcionamiento y en el paro de un motor eléctrico, y operan  a partir de una señal de control.

Preactuadores para motores eléctricos

Los preactuadores hacen la interacción entre el sistema de control y el sistema de potencia.

Interacción entre control y potencia de preactuadores eléctricos

Entre ellos  están los contactores, los controladores variadores de frecuencia  “VFD” (Variable Frecuency Drive) y los arrancadores suaves (Soft Stater).

El contactor es el  ejemplo más sencillo de un preactuador.

Contactor preactuador

Un contactor está diseñado como un interruptor trifásico accionado por una bobina.

En la actualidad, en la automatización industrial los contactores electromagnéticos tienen  desventajas con los preactuadores electrónicos.

En ambientes industriales los contactores  (y arrancadores) de estado sólido  voltios son recomendados.

Conexiónes de preactuadores, de arranque directo y reversible

Un VFD es un dispositivo electrónico con el cual se varía la velocidad de un motor trifásico, controlando el voltaje y la frecuencia suministrada.

Controlador variador de frecuencia  preactuador

Y con ello se optimiza procesos, por ejemplo se puede programar y regular velocidades de motores de trasportadores o  bombas. 

También cuenta con dispositivos de protección integrados en el dispositivo. 

Los arrancadores suaves se utilizan para el arranque progresivo de motores trifásicos.

Arrancador suave  preactuador

Los arrancadores suaves (soft start), son arrancadores electrónicos que  limitan la corriente y el par de arranque, evitando esfuerzos de trasmisiones mecánicas, y caídas de voltajes por puesta en marcha directa de motores.

Los preactuadores electrónicos  ofrecen ahorro de energía eléctrica y menor actividad de mantenimiento.

Continuará














jueves, 3 de diciembre de 2020

Actuadores

 Los actuadores son dispositivos que mueven algo, de acuerdo a  órdenes de salida del control y utilizando una fuente de energía.

Actuadores

Hacen la función de nuestras extremidades, nos movernos para realizar labores.

Los actuadores proporcionan la fuerza para mover otras piezas, es decir “actúan” para hacer un  trabajo.

 Sustituyen al ser humano en actividades industriales  como sujetar, cortar, empujar, doblar, subir, bajar, trasladar, amasar, etcétera.


Actuadores industriales

El término “actuador” hace referencia a un conjunto de elementos de un mismo género, donde  su misión es proporcionar la fuerza para realiza un trabajo.

Se localizan a nivel de campo es decir en el área de trabajo y forman junto a los sensores,  la base de la pirámide de automatización.

Actuadores en la base de la pirámide de automatización

El término de "sensores y actuadores" suelen ser empleado para definir el nivel de campo de la pirámide de automatización.

Nivel de campo

 Aquí también en este nivel de campo se encuentran los  efectores finales, que hacen la función de las herramientas de trabajo, posicionan y  sujetan un sinfín de herramientas. 

Efectores finales en el nivel de campo  

También para subir la información y bajarla como órdenes, en la automatización  industrial se utilizan “redes de comunicación” como parte de los sistemas informáticos.

Se refiere a las instalaciones físicas señaladas como “Hardware”,  medio de trasporte para que con el sistema de control, permita que interactúen sensores y actuadores.

Continuará 









domingo, 29 de noviembre de 2020

Sensores

Los sensores son dispositivos que detectan algo externo, y  proporcionan está información a la entrada de un control.

Sensores

Hacen la función de los sentidos, ver, oír, oler, sentir e incluso detectar sabores.

En la industria manufacturera detectan posiciones, temperatura, niveles, presiones, flujos, fuerza (peso), colores, formas, etcétera. 

Sensores Industriales

El término “sensor” hace referencia a un conjunto de elementos de un mismo género, donde  su misión es  detectar condiciones de trabajo.

Se localizan a nivel de campo es decir en el área de trabajo y forman junto a los actuadores,  la base de la pirámide de automatización.

Sensores en la base de la pirámide de automatización

Los sensores "todos o nada" hacen alusión a que está “activo o inactivo” es decir que el dispositivo  esta accionado o no esta accionado, no hay términos medios.

En su interior su contacto o está abierto o está cerrado, estos dos estados  se consideran binarios, dándoles un valor de  0  para abierto y de  1 cuando está cerrado.

Sensores “todo o nada”  de acción mecánica  y de acción electrónica

Los sensores todo o nada pueden detectar con contacto o sin contacto, estos últimos suelen utilizan circuitos electrónicos para detectar cambios en un campo creado  ya sea magnético, electromagnético  (inductivo), capacitivo, luminoso, radiofrecuencia, etcétera.

Detección sin y con contacto

Las sondas se utilizan  en la industria, para trasmitir valores de entrada analógica al Control Lógico Programable “PLC”. 

Para valores de temperatura como detector se utiliza un  “termopar” o un detector de temperatura  por resistencia “RTD” (Resistance Temperature Detector).

La señal variable será transformada a valores de “0 a 20 miliamper”,  y corresponderán  a  los valores de temperatura. 

Partes de una sonda de temperatura

Los cambios de temperatura sean enviados al controlador como cambios de corriente y los valores de corriente corresponderán a los cambios de temperatura.

Los sensores proporcionan entradas (input) binarias o analógicas, y subirán  al  control lógico programable “PLC” al siguiente nivel (llamado de control), de allí  bajara como órdenes  nuevamente al nivel de campo para ordenar las acciones.

Entradas binarias o analógicas al control

Continuará 







martes, 24 de noviembre de 2020

Automatización industrial

 En la automatización industrial las máquinas se programan para que realicen operaciones repetitivas, que produzcan más, en un menor tiempo  y obtener mayores ganancias.

Automatización industrial

Se utilizan diversas tecnologías de vanguardia, y en todos los procesos se labora con muy poca  intervención humana.

La automatización industrial manufacturera se da en la llamada “industria 4.0” también nombrada “del internet de las cosas”.

Evolución industrial 

Supervisar y  controlar la diversidad y gran cantidad de datos generados son una prioridad, y fue  señalada  en 1973, por el Dr. Joseph Harrington, cuando publico su libro “La manufactura integrada por computadora”  (CIM “Computer Integrated Manufacturing”).

La automatización industrial es compleja, para su estudio  se suele representar en niveles jerárquicos, por los que escala o desciende  la información.

Pirámide de niveles de automatización 

La IT industrial,  hace referencia  a la tecnología de la información, es decir el uso de computadora y software.

El entorno IT se utiliza mayormente en los niveles superiores, donde  se toman decisiones directivas de gestión empresarial.

Niveles superiores de la pirámide de automatización

En la cima el nivel llamado ERP es acrónico de Enterprise Resourse Planning (sistema de planeación de recursos empresariales), los datos de los procesos “de niveles inferiores”,  son confrontados con otros y utilizados para la toma de  decisiones tales como ventas, compras, inventarios, contabilidad de costos, recursos humanos, etcétera.

En el nivel MES (Manufacturing Execution System) siglas en inglés de los sistemas de ejecución de fabricación, se analizan la información  del  nivel superior y los niveles  inferiores relacionados al  área productiva.

Niveles de planta industrial de la pirámide de automatización

 La base de la pirámide la identifica los elementos de acción en campo “sensores y actuadores”.

Nivel de campo “sensores y actuadores

En el segundo nivel esta el control automático,  en él que se emplea un controlador lógico programable “PLC” por sus siglas en inglés (Programmable Logic Controller).

Nivel 2 control automático

En este nivel  también se encuentra la terminal de dialogo, medio de comunicación  entre el operador y la máquina “HMI” (Human Machine Interface).

HMI en nivel de control automático

La información sube y baja hasta el nivel tres donde un PLC maestro puede controlar a varias máquinas tomando información y dando órdenes a los distintos controladores  PLC de cada máquina.

El PLC maestro se comunica con una computadora  empleando un “programa” SCADA, acrónimo de Supervisory Control  And Data Acquisition.

La supervisión, control y adquisición de datos permite supervisar y controlar sistemas automáticos  industriales de lugares distantes de las máquinas.

Centro Mexicano Francés del Conalep, en Gómez Palacio Durango, México


Próximamente continuaremos analizando, cómo es que se integran y comunican los niveles del área productiva 

















 




martes, 3 de noviembre de 2020

Mecatrónica

 Mecatrónica es un término  que fue incluido en  1969 por Tetsuro Mori para señalar un campo multidisciplinario de habilidades necesarias para la instalación y mantenimiento de los equipos de la moderna  industria manufacturera.

Mecatrónica

El ingeniero Tetsuro Mori quiso resaltar  los adelantos en la electrónica, y sugirió  un nuevo término relacionando   la MECÁnica y la elecTRÓNICA.


Visualizaba que el uso de equipos electrónicos de control en las máquinas industriales, deberían  originar   la creación de nuevas disciplinas a la enseñanza  tradicional  electromecánica.


Los adelantos tecnológicos originan cambios educativos

 Las instituciones educativas aceptaron el reto de no quedar rezagadas, y presentaron  nuevas  carreras técnicas.


 Tomemos de ejemplo el Centro Mexicano Francés del CONALEP.

Ayer y hoy del Centro Mexicano Francés del CONALEP

El Centro Mexicano Francés del Conalep inicia sus actividades el 13 de septiembre de 1982, en la ciudad de Gómez Palacio, Durango, México, entre sus especialidades estaba la carrera de Profesional técnico en instalación y mantenimiento.

Generación 1983-1986 de profesionales técnicos en instalación y mantenimiento, Gómez Palacio, Durango

 Instructores e investigadores impartían formación bajo asesoría francesa gracias a un convenio del gobierno Mexicano con el gobierno Francés.

 

La condición privilegiada respondía, a que en la ciudad se instaló la Fábrica de motores Renault.

Especialidad de instalación y mantenimiento

La especialidad  de Instalación y mantenimiento internamente se dividía en 2 grandes áreas mecánica y eléctrica.

 

En el área mecánica se impartía módulos  de Administración del mantenimiento; Metrología dimensional; Mecanismos;  Mecánica de banco; Máquinas herramientas;  Lubricación; Soldadura; Dibujo mecánico; Neumática; Hidráulica y  Electrohidráulica.

 

Además Automatismos que incluían diseños de circuitos de control lógicos.

Circuitos lógicos

En el área eléctrica  se impartía Electricidad, Aparatos de medición eléctrica, Máquinas eléctricas, Control de motores, Instalaciones eléctricas industriales y Automatismos eléctricos.

 

La automatización en la industria automotriz nos aventajaba considerablemente, en la planta de motores Renault, sus unidades  "TRANSFER"  trasferían de  manera automática sus productos maquinados a lo largo de sus líneas de producción.


Sus autómata programables  hacía referencia  a sus  máquinas que trabajan por si solas, gracias  a los nuevos equipos de control que  la industria trasnacional nos traía.

Concurso de Robot manipulador en Centro Mexicano Francés, cableado con relevadores

En el plantel realizábamos nuestros circuitos lógicos con cableado  a relevadores de control, en las escuelas de ingeniería de electrónica veían las compuertas lógicas  (chips), la industria automotriz utilizaba controladores que más tarde dieran origen al PLC (control lógico programable).

Estibadora automática  en el laboratorio de sistemas automáticos  en el Centro Mexicano Francés del CONALEP

El cambio de especialidad a Mantenimiento de Sistemas Automáticos, surge de la demanda industrial.


los PLC y equipos electrónicos digitales fueron incrementando su aplicación.

 

 Los profesionales técnicos debían de adquirir los conocimientos del uso de la computadora y el manejo de software de programación, para hacer intervenciones en la nueva maquinaria.

La tecnología digital  en talleres del Centro Mexicano Francés del CONALEP

La donación  de módulos didácticos para realización de circuitos automáticos electro neumáticos, por parte del Ingeniero Pablo García Chacón, de la empresa Potencia Fluida Aplicada, nos permitió  realizar circuitos automáticos iguales  a los de la industria.

Controlador Lógico Programable “PLC

Gracias al PLC  incluido en estos módulos, se pudieron realizar rutinas  con movimientos que incluyeran  temporizadores y contadores.

Reprogramar circuitos, operarlos  y visualizarlos desde la computadora.  

Controlador variador de frecuencia y ajuste por desgaste de herramienta en Torno de Control Numérico

La propuesta y tramites del Ingeniero Horacio Gutiérrez Sánchez  para adquirir un controlador variador de frecuencia  “VFD” nos acercó al control electrónico de motores industriales.

 Un adelanto para la época y muy solicitado por los clientes industriales.

Celda de manufactura integrada por computadora en el taller de Mecatrónica del Centro Mexicano Francés del CONALEP

Las gestiones del Ingeniero Miguel García Mesta en su calidad de director del plantel, para adquirir la celda de manufactura integrada por computadora, nos permitieron  tener y manipular instalaciones  iguales  a los de la industria.

 

Por ejemplo los Robots industriales alemanes de la marca KUKA, son brazos manipuladores, que transfieren productos con precisión industrial, son utilizados  en infinidad de factorías. y son  una versión moderna del término francés de autómata programable, mencionado al principio. 

Taller de Mecatrónica del Centro Mexicano Francés del CONALEP

Tetsuro Mori visualizo el papel importante de la electrónica.


 La electrónica, sus dispositivos y aplicaciones permitieron realizar algunos sueños.

 

Unos cuantos  tuve la suerte de captarlos y publicarlos en https://www.instagram.com/coparoman/

 

https://www.instagram.com/p/BcbSC6ilyrc/

https://www.instagram.com/p/BcK0RQFFFao/

https://www.instagram.com/p/BVGVKJHlXS5/

https://www.instagram.com/p/BVBbyLHF8T6/


Aplicación técnica de mecatrónica realizados por los alumnos del Centro Mexicano Francés del Conalep

Agradezco ingeniero Sergio Elías Reyes Medina instructor de Mecatrónica en el Centro Mexicano Francés del Conalep, por sus aportaciones.