Aplicação de Uretano em Célula de Manufatura

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA
UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO
“APLICACIÓN DE URETANO A CRISTALES
EN UNA CELULA DE MANUFACTURA”
TESIS PROFESIONAL
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO EN ROBOTICA INDUSTRIAL
P R E S E N T A :
JUAN ALBERTO ORTIZ PALACIOS
MEXICO, D.F. 2009
TESIS: APLICACIÓN DE URETANO A CRISTALES EN UNA CELULA DE MANUFACTURA
ORTIZ PALACIOS JUAN ALBERTO
AGRADECIMIENTOS
Antes que nada gracias a Dios por darme la vida y la oportunidad de terminar
este ciclo tan importante.
Gracias a mis Padres por el apoyo incondicional que siempre me han brindado.
Gracias a mi esposa por estar a mi lado y darme el bello regalo de ser padre.
Dedico el presente trabajo a mis hijos Alejandro y Paulina, mis hijos.
Virginia, tú también eres parte de este trabajo.
Gracias a todos mis profesores que me ayudaron a alcanzar este objetivo.
Un agradecimiento especial a todo el Instituto Politécnico Nacional, y a la
ESIME Azcapotzalco por las bases brindadas para convertirme en un
profesionista.
A todos y cada uno de los que me brindaron su amistad y apoyo en algún
momento de mi vida, tal vez no los menciono en este trabajo, pero no quisiera
omitir algún nombre, pero estuvieron conmigo.
GRACIAS
TESIS: APLICACIÓN DE URETANO A CRISTALES EN UNA CELDA DE MANUFACTURA
ORTIZ PALACIOS JUAN ALBERTO
I N D I C E
JUSTIFICACION.............................................................................................................................. 1
INTRODUCCION............................................................................................................................. 3
1. SEGURIDAD EN EL PROCESO ........................................................................................... 5
1.1. GENERAL........................................................................................................................... 5
1.2. LINEAMIENTOS DE SEGURIDAD ......................................................................................... 7
1.3. SEGURIDAD DURANTE EL MANTENIMIENTO....................................................................... 8
1.4. SEGURIDAD DURANTE LA PROGRAMACIÓN........................................................................ 8
1.5. CICLOS DE TRABAJO DE LA LÍNEA DE APLICACIÓN. ........................................................... 8
1.5.1. Estación de preparación.................................................................................................................8
1.5.2. Estación No. 1.................................................................................................................................9
1.5.3. Estación No. 2 y 3...........................................................................................................................9
1.5.4. Estación No. 4 y 5.........................................................................................................................10
1.5.5. Estación No. 6...............................................................................................................................10
1.5.6. Estación No. 7...............................................................................................................................10
1.5.7. Estación No. 8...............................................................................................................................10
1.6. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE PRIMARIO CLARO Y OSCURO. .......................................... 11
1.7. CICLO DE OPERACIÓN PRIMARIOS CLARO Y OSCURO....................................................... 11
1.8. DESCRIPCIÓN SISTEMA DE APLICACIÓN DE URETANO. ..................................................... 12
1.9. CICLO DE OPERACIÓN DE APLICACIÓN DE URETANO ....................................................... 12
2. SEGURIDAD EN EL PROCESO ......................................................................................... 14
2.1. ¿QUE ES UN PANEL DE OPERACIÓN? ................................................................................ 14
2.2. FUNCIONES Y CARACTERÍSTICAS DEL PANEL DE OPERACIÓN. .......................................... 14
2.3. PANEL VIEW (P.V.) DE ALLEN-BRADLEY......................................................................... 16
2.4. PANEL VIEW (P.V.) DE ALLEN-BRADLEY FAMILIAS “E”. ................................................. 16
2.5. PANEL VIEW 1400E DE ALLEN-BRADLEY......................................................................... 16
2.6. EL SOFTWARE DE CONFIGURACIÓN PANEL BUILDER 1400E............................................. 18
3. EQUIPOS DE CONTROL.................................................................................................... 20
3.1. PLC................................................................................................................................. 20
3.1.1. Historia del PLC...........................................................................................................................20
3.1.2. Aplicación de los PLC´s ...............................................................................................................21
3.1.3. Lenguajes de Programación de PLC............................................................................................22
3.1.4. Lógica de Estado ..........................................................................................................................26
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3.1.5. Arquitectura básica del PLC ........................................................................................................28
3.1.6. Arquitectura del PLC ALLEN-BRADLEY ....................................................................................28
3.1.7. Diseño de Sistemas .......................................................................................................................33
3.1.8. Direccionamiento de E/S y Memoria del Procesador...................................................................34
3.2. ROBOTS. .......................................................................................................................... 37
3.2.1. La robótica una ciencia. ...............................................................................................................37
3.2.2. Especificaciones de los Robots. ....................................................................................................39
3.2.3. Concepto de Robot........................................................................................................................41
3.2.4. Modelo e identificación del Robot ................................................................................................42
3.2.5. Dimensiones y área de trabajo .....................................................................................................43
3.2.6. Descripción básica del Robot Nachi.............................................................................................45
3.2.7. Identificación de ejes ....................................................................................................................46
3.3. SISTEMA DE APLICACIÓN NORDSON. ............................................................................... 47
3.3.1. Principio de funcionamiento del sistema Drip & Drag ................................................................47
3.3.2. Componentes del Sistema .............................................................................................................49
3.3.3. Controlador Principal ..................................................................................................................50
3.3.4. Sistema de Entrega de Primer o Estación de Bombeo..................................................................50
3.3.5. Descripción del Uretane Process Center .....................................................................................513.3.6. Controlador de Uretano ...............................................................................................................51
3.3.7. Bomba de Engranes......................................................................................................................52
3.3.8. Bomba Rhino ................................................................................................................................53
3.4. NEUMÁTICA. ................................................................................................................... 54
3.4.1. Aire Comprimido ..........................................................................................................................55
3.4.2. Elementos neumáticos. .................................................................................................................58
3.4.3. Cilindros. ......................................................................................................................................59
3.4.4. Válvulas Neumáticas ....................................................................................................................60
3.4.5. Simbología. ...................................................................................................................................61
4. DESARROLLO DEL PROYECTO...................................................................................... 64
4.1. PROGRAMACIÓN DEL PLC ............................................................................................... 64
4.2. DISTRIBUCIÓN DE LA MEMORIA....................................................................................... 69
4.2.1. Tamaño y Número de Mensajes....................................................................................................71
4.2.2. Diseño de los Mensajes ................................................................................................................71
4.2.3. Tiempo de Procesamiento Interno. ...............................................................................................72
4.2.4. Protocolo de Comunicación .........................................................................................................72
4.3. DESARROLLO DE LA APLICACIÓN DEL PANEL VIEW .......................................................... 74
4.3.1. Transferencia de archivos de aplicación. .....................................................................................77
4.3.2. Pantalla de Navegación................................................................................................................79
4.3.3. Pantalla Principal. .......................................................................................................................80
4.3.4. Robot Nachi #1, Estación #2. .......................................................................................................81
4.3.5. Robot Nachi #2, Estación #3. .......................................................................................................82
4.3.6. Robot Nachi #3, Estación #6. .......................................................................................................84
4.3.7. Transportador Vista Lateral. ........................................................................................................87
4.3.8. Mesas finales 7,8. .........................................................................................................................89
4.3.9. Estación # 2 Aplicación de Primer Claro.....................................................................................90
4.3.10. Estación # 3 Aplicación de Primer Oscuro. ...............................................................................92
4.3.11. Estación # 6 Aplicación de Uretano. .........................................................................................93
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4.3.12. Transportador Vista Planta. .......................................................................................................94
4.3.13. Ciclo Completo. ..........................................................................................................................95
4.3.14. Estado del PLC. ..........................................................................................................................96
4.3.15. Conteo de Unidades....................................................................................................................98
4.3.16. Robot de Uretano Compartido. ..................................................................................................99
4.3.17. Estado del PLC. ........................................................................................................................100
4.3.18. Estado de entradas y salidas. ...................................................................................................101
4.4. PROGRAMACIÓN DEL ROBOT. ........................................................................................ 103
4.4.1. Operación Manual......................................................................................................................105
4.4.2. Procedimiento de enseñanza .....................................................................................................106
4.4.3. Operación Auto...........................................................................................................................107
4.4.4. Teach Pendant ............................................................................................................................107
4.5. PROGRAMAS DE ROBOTS. .............................................................................................. 112
4.6. SISTEMA DE ENTREGA DE PRIMER O ESTACIÓN DE BOMBEO .......................................... 124
4.7. HERRAMIENTA APLICADORA ......................................................................................... 125
4.8. DISPENSADOR DE FIELTRO............................................................................................. 126
4.9. TAREAS DE MANTENIMIENTO EQUIPO NORDSON ........................................................... 127
4.10. BOMBA DE ENGRANES ................................................................................................. 129
4.11. BOMBA RHINO............................................................................................................. 130
4.12. MANTENIMIENTO ................................................................................................... 131
4.13. PISTOLA PARA APLICACIÓN. ........................................................................................ 132
5. HOJAS DE PROCESOS Y ESPECIFICACIONES........................................................... 133
5.1. HOJA DE PROCESO DE MEDALLÓN. ................................................................................ 134
5.2. HOJA DE PROCESO DE PARABRISAS................................................................................ 136
5.3. MEDICIÓN DE ÍNDICES DE CAPACIDAD REAL CPK .......................................................... 137
5.3.1. Aplicación de Primer Oscuro .....................................................................................................137
5.3.1. Aplicación de Uretano................................................................................................................140
APENDICE.............................................................................................................................. 143
A CODIGOS M DE LOS ROBOTS ....................................................................................... 143
B DIAGRAMAS DE CONSTRUCCION ............................................................................... 147
NAFTA .................................................................................................................................162
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1
JUSTIFICACION.
En la actualidad el tema de la automatización es de gran importancia, en especial para la
industria. La automatización de las empresas no busca la reducción de la mano de obra,
sino mas bien esta enfocada a la calidad y la alta producción, ya que al darse una mayor
eficiencia en este sector se logra que la industria disminuya la producción de piezas
defectuosas, y el aumento de calidad en los productos, mediante la exactitud y
repetivilidad de las maquinas. Las ventajas que tiene la automatización es que son
sistemas flexibles que permiten la modificación de los procesos y no requieren de
grandes inversiones o cambios drásticos de equipos.
En los procesos de automatización nos encontramos con diferentes equipos, los cuales
combinados nos permiten lograr mejoras significativas para un proceso completo.
El término de automatización se ha utilizado para describir sistemas destinados a la
fabricación en los que los dispositivos programados o automáticos pueden funcionar de
forma independiente o semi-independiente del control humano.
Para la automatización de procesos se desarrollan maquinas o sistemas que son
operados por Controladores Lógicos Programables (PLC) y que actualmente son de gran
aplicación en la industria manufacturera, y que están siendo incorporados a la industria
textil y de la alimentos, siendo esta ultima la que mas tardo en aceptar esta tecnología.
Entre los equipos utilizados en la automatizacion encontramos a los Robots que cuentan
con gran capacidad de movimiento y manipulación, esto depende en gran parte de la
geometría de su brazo, muñeca y mano conocido también como actuador. Los grados de
libertad o número de movimientos diferentes posibles, determinan la destreza y
JUSTIFICACION
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capacidad, así mismo su costo y su complejidad. El actuador o herramienta final varía en
función de las tareas requeridas, puede ser por ejemplo, una pinza o pistola de soldadura
o puede tener una herramienta para aplicar algún material determinado, incluso pueden
existir equipos que intercambian sus herramientas finales.
En la actualidad la robótica es una ciencia aplicada que ha sido considerada como una
combinación de tecnología de las máquinas-herramienta y de la informática. Comprende
campos tan aparentemente diferentes como son el diseño de máquinas, teoría del
control, microelectrónica, programación de computadoras.
Los primeros robots empezaron a producirse a comienzos de la década de los 60´s y
estaban diseñados principalmente para trabajos difíciles y peligrosos. Los trabajos
tediosos, laborioso y repetitivos en la industria manufacturera como la carga y descarga
de hornos de fundición, fueron les áreas donde fueron aplicados hasta finalizar el decenio
de 1960, también se llegaron a utilizar en áreas de pintura, donde las tareas resultaban
peligrosas por la gran cantidad de gases tóxicos que se generaban. Estas tareas se
llevaron acabo gracias a los avances de la microelectrónica e informática, ya que los
nuevos robots fueron desarrollados con programas para manipulaciones complejas. Se
comenzaron a utilizar en la producción en serie tanto en líneas de ensamble en la
industria mecánica como en la industria automotriz.
Tal como se comentara en párrafos anteriores, con un sistema automatizado lo que se
busca es una mayor productividad con la misma o mayor calidad de la que se esta
produciendo, es por ello que se ha decidido el diseño, fabricación, instalación y puesta en
marcha de esta línea de aplicación de uretano.
La línea 2 de Uretano, es un sistema completamente automatizado, similar a la línea ya
existente. Esta fue diseñada para aplicar primario Claro, Oscuro y Uretano con Robots a
cristales de medallón y parabrisas del auto modelo PT-44, y modelos posteriores. Pero el
principal objetivo de la misma es alcanzar una producción de 60 unidades por hora o
mayor, incluso se ha llegado a pensar que pudiera ser de 80 unidades. La mejora de
productividad en este caso es algo muy importante, ya que estaremos reduciendo el
tiempo de ciclo y sobre todo manteniendo una misma calidad.
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3
INTRODUCCION
En este trabajo nos referiremos a la línea 2 que esta compuesta de 8 estaciones de
trabajo y dos transportadores neumáticos, el transportador principal consta de un sistema
de elevación, el cual levanta el cristal para que este pueda ser desplazado por el
transportador a las siguientes estaciones hasta terminar el recorrido. El transportador final
esta compuesto de un sistema de elevación / rotación para la entrega del cristal.
En las estaciones de trabajo donde se ecualiza el cristal para la aplicación de primarios,
hay dos Robots los cuales se programaron para aplicar primario ya sea Claro, Oscuro o
ambos dependiendo la selección que se realice, esto resulta eficiente para el sistema ya
que si en algún momento surge un inconveniente con uno de los dos Robots, siempre
existirá uno que asuma la carga de trabajo del otro, lo cuál evitaría paros de línea,
mientras que el Robot “dañado” se pone en modo By-pass para su reparación.
En la estación de trabajo donde se ecualiza el cristal para realizar la aplicación de
Uretano, se cuenta con un robot en la línea 2 y un robot mas que servirá de reserva en
ambas líneas (línea 1 existente y línea 2). Este robot ha sido reprogramado para aplicar
Uretano en las anteriores, esto cuando se suscite algún inconveniente con los robots
“titulares” de la aplicación.
Como podremos ver más adelante se tomaron en cuenta algunas consideraciones que
son indispensables para el buen funcionamiento de todo el equipo, como lo son: Cambios
a otros equipos, el correcto posicionamiento y orientación de la pieza, los problemas de
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identificación de la pieza, la protección de todo el equipo (Robot, PLC, Panel View,
Bombas, etc.) y sobre todo seguridad para los operadores.
En el sistema se consideraron las condiciones de seguridad y ergonomía necesarias para
lograr una armonía de trabajo entre operador y máquina, tanto para el personal de
producción como para el de mantenimiento, podemos citar como ejemplo: Extracción de
gases tóxicos de primarios y pelusa de fieltro por medio de un sistema extractor, o bien
ubicación de pedales o botones de control para una mejor operación de línea, además de
un fácil acceso para realizar tareas de mantenimiento o reparación de cualquier equipo de
control montado en la línea, sin descuidar la parte correspondiente a la seguridad como
ya se menciono.
En conclusión: La instalación de la línea 2 es con el fin de incrementar la producción, ya
que la línea 1 (existente) no tiene la capacidad de producción deseada, ahora se cuenta
con un par de sistemas totalmente automatizados y robustos, capaces de solventar
cualquier contingencia que pueda poner en riesgo la producción en planta, a tal grado
que en caso de que la línea 1 tenga algún problema con los equipos, dado su tiempo de
trabajo, la línea 2 tiene la capacidad de producción para entregar la demanda solicitada
por la línea general de producción.
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1. SEGURIDAD EN EL PROCESO
1.1. General
El hombre a lo largo de la historia, se ha visto acompañado por el accidente, bajo
diversas formas.
Al ejecutar actividades productivas es evidente que el riesgo atenta contra su salud y
bienestar. Conforme se ha ido haciendo más compleja la realización de las actividades se
han multiplicado los riesgos. Al inicio de la vida industrializada los accidentes y
enfermedades diezmaban a losgrupos laborales sometidos a trabajos de largas jornadas,
sin protección, y condiciones riesgosas
Conforme el avance industrial, la tarea de los trabajadores se fue haciendo mas
especializada por lo que un accidente repercutía directamente en la producción. Poco a
poco se fue haciendo más necesario el realizar estudios del medio ambiente laboral hasta
llegar a la seguridad en los procesos, considerando diversos aspectos
Parte de los puntos que se deben tomar en cuenta son:
 Las condiciones de trabajo. Son las normas que fijan los requisitos para la defensa
de la salud en los establecimientos de trabajo.
 Medio ambiente. Son las condiciones físicas en el lugar de trabajo
 Seguridad. Es el conjunto de normas, obras y acciones, requeridos para proteger la
vida humana y maquinaria.
La seguridad e higiene tiene como objetivo salvaguardar la vida y perseverar la salud y la
integridad física de los trabajadores, por medio del dictado de normas y procedimientos
encaminados tanto a que se les proporcionen las condiciones adecuadas para el trabajo,
CAPITULO
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como a capacitarlos y adiestrarlos para que se eviten las enfermedades y los accidentes
laborales.
Es por ello que se deben tener presentes los conceptos en situaciones tales como.
 Peligro. Cualquier condición de la que se pueda esperar con certeza, que cause
lesiones o daños a la propiedad y/o al medio ambiente.
 Riesgo. Es la posibilidad de pérdida y el grado de probabilidad de estas pérdidas.
 Riesgo de trabajo. Puede producir accidentes y/o enfermedades.
 Enfermedad ocupacional. Es toda aquella alteración en la salud de un trabajador
originada por el manejo o exposición a agentes químicos, biológicos o lesiones
físicas.
 Condiciones inseguras. Son condiciones que únicamente se refieren al medio con
una alta probabilidad de provocar un accidente.
 Actos inseguros. Son las acciones que desarrolla una persona con una alta
probabilidad de que suceda un accidente, dentro de los que podemos mencionar
operar equipos sin autorización, Bloquear o quitar dispositivos de seguridad, limpiar
o engrasar maquinaria cuando esta se encuentra en movimiento.
 Incidente. Es un acontecimiento no deseado que bajo circunstancias ligeramente
diferentes, hubiese dado por resultado una lesión.
 Accidente. Es un acontecimiento no deseado que tiene por resultado una
enfermedad ocupacional, una lesión o daño a la persona o a la propiedad incluso
perdida de algún elemento.
En nuestro caso el operador de la celda esta expuesto a diferentes factores, tales como
equipos en movimiento que pueden provocar accidentes por atrapamiento
(transportador), movimiento de equipos (transportador, robots) y por exposición o manejo
de substancias químicas peligrosas (MECK). En este caso se esta expuesto a gases y
vapores o a recipientes presurizados. Tanto los gases como los vapores forman
disoluciones en la atmósfera y su propagación se realiza por su naturaleza con gran
facilidad. Algunas de las actividades que implican el uso de gases son: la soldadura,
procesos de combustión, el uso de solventes para pintura, limpieza y desengrase,
fabricación de plástico, etc.
Para el uso de materiales peligrosos, tal es el caso del MECK, se recurre a las normas
para las organizaciones referentes a la salud e higiene en el trabajo (OSHA), esta norma
contiene los requisitos que cubren el manejo seguro de riesgos asociados con procesos
que usan, almacenan, fabrican, tratan o desplazan productos quicos altamente
peligrosos, en el lugar de trabajo. Durante años se han notificado emanaciones
imprevistas de productos químicos altamente peligrosos que incluyen gases y líquidos
tóxicos, reactivos o inflamables causadas por proceso. Los incidentes siguen ocurriendo
en múltiples industrias, pero sin importar el tipo de industria que utilice estos productos
existe la posibilidad de una emanación accidental, lo que crea la posibilidad de un
desastre.
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Con la finalidad de evitar un desastre o un accidente la disposición de la norma es
realizar un análisis de riesgo de proceso (PHA – Process Hazard Analysis) que se basa
en una recopilación de la información de seguridad del proceso. Un PHA es un examen
metódico de los problemas que puedan surgir y de las medidas de seguridad que se
deban implementar para evitar accidentes.
La norma también exige procedimientos operativos por escrito, la capacitación y
participación de los empleados, evaluación de seguridad antes de poner a funcionar un
equipo, la evolución de la integridad mecánica de equipo crítico, los requisitos de
contratistas, y procedimiento escritos para manejo de cambios. Siguiendo estos
lineamientos evitaremos accidentes durante la instalación, programación y operación de
los materiales y de los equipos
Hoy en día no solo se trata de mover botones y palancas, es esencial conocer las
máquinas y sus funciones, y desempeñar la parte que le corresponde de su operación. El
desempeñar esas actividades con el máximo de comodidad es el ideal de la mayoría de
la gente. Es por ello que también se han desarrollado lineamientos que permitan trabajar
con comodidad sin que representen un riesgo para el trabajador.
El usuario de la celda de robots tiene finalmente la responsabilidad de procurar la
seguridad del personal que labore en ella. Los procedimientos de seguridad usados
deberán ser acorde al nivel de peligro o riesgo asociado con la particular instalación.
Estos procedimientos de seguridad deberán incluir también medidas adicionales de
seguridad apropiadas para esta celda, además de todas aquellas reglas vigentes en el
programa de seguridad de la planta.
1.2. Lineamientos De Seguridad
Esta sección proporciona la información básica de seguridad para poder dar
mantenimiento a los equipos, especialmente los de la Marca Nordson ya que es con los
que se tiene un contacto directo (lavado con MEK) y de esta forma optimizar el
funcionamiento del sistema.
Las condiciones inseguras del equipo pueden conducir a lesiones personales o daños a
la propiedad, es por ello que se debe considerar a la seguridad una actividad conjunta la
cual es responsabilidad del fabricante, el integrador y el usuario final. Todas las prácticas
de seguridad deben de ser conforme a los lineamientos que indica el proveedor, aunado
a las normas locales y practicas de las instalaciones.
Nunca viole intencionalmente las puertas con interlocks, guardas, rejas, cortinas de luz u
otros dispositivos de seguridad.
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 Ubique la localización de todos los botones de Paro de Emergencia, Switches
Power ON/OFF, ya que podrían ser usados en cualquier momento y la velocidad de
respuesta en alguna contingencia es crucial
 Esté consiente que cada persona es directamente responsable de la operación del
sistema de robots, así que deberá conocer todos los procedimientos y practicas de
seguridad
 Mantenga todas las puertas de acceso al sistema de robots cerrados durante la
operación de los robots
 Mantenga en mente que siempre existe un factor de riesgo cuando se esta en
presencia de robots en movimiento.
1.3. Seguridad Durante el Mantenimiento.
Cuando se desarrolla una tarea de mantenimiento en el sistema de robots, deberán ser
efectuados todos los procedimientos de seguridad, así como los siguientes puntos:
 El sistema de robots deberá estas bajo el control de un único programador
 Únicamente el programador esta autorizado para restringir los trabajos de
mantenimiento
 El movimiento de todo equipo en el desarrollo de los trabajos de mantenimiento
deberá ser controlado únicamente por el programador
 Cuando alguno de los robots se encuentre trabajando a altas velocidades deberá
ser verificado el programa de ejecución.1.4. Seguridad Durante la Programación.
Cuando se realiza la programación de algún robot, deberán ser efectuados todos los
procedimientos de seguridad, así como los siguientes puntos:
 El sistema de robots deberá estar bajo el control de un único programador
 Únicamente el programador esta autorizado para restringir los trabajos de
mantenimiento
 El movimiento de todo equipo en el desarrollo de los trabajos de mantenimiento y
programación deberán ser controlados únicamente por el programador
 Cuando alguno de los robots se encuentre trabajando a altas velocidades deberá
ser verificado el programa en ejecución.
1.5. Ciclos de Trabajo de la Línea de Aplicación.
1.5.1. Estación de preparación
El operador monta el cristal sobre la mesa giratoria y acciona un pedal neumático para
generar vacío en las ventosas y así sujetar el cristal, una vez en esta mesa se limpia el
cristal eliminando el exceso de polvo con un liquido conocido como NAFTA, una vez
realizada esta operación ya sea de forma manual o con ayuda de un manipulador
neumático lo deposita sobre unas guías posicionadoras instaladas e la estación No. 1. En
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estos casos el operador deberá tomar en cuenta los siguientes lineamientos para su
seguridad.
 El operador deberá tomar en cuenta este movimiento ya que puede ser golpeado
en los brazos por el mismo cristal.
 El operador deberá utilizar guantes especiales para limpiar los cristales ya que el
contacto prolongado con el NAFTA y el MEK pueden ocasionar serios daños en la
piel y articulaciones.
 El operador debe tomar en cuenta que al ser giratoria la mesa, el cristal puede
caerse y golpearlo en las piernas. Por lo que deberá prestar atención especial
cuando realice el movimiento del cristal hacia la estación del transportador
1.5.2. Estación No. 1
Función: Recepción del cristal mediante unas guías.
En esta estación se coloca el cristal sobre unas guías para evitar que ingresen al revés o
muy desplazado, eliminando problemas de centrado en las mesas ecualizadoras. El
operador en este caso deberá tener en cuenta que el transportador se eleva para realizar
su ciclo y que en este momento puede sufrir un atrapamiento o que su ropa se llegue a
atorar o que cuando baje pueda prensar sus extremidades (manos).
1.5.3. Estación No. 2 y 3
Función: Ecualización y centrado de cristal / aplicación de primario Claro y oscuro. El
transportador desplaza el cristal de la estación No. 1 y lo coloca dentro de la estación No.
2. El cristal es ecualizado hasta que detecte que hay parte presente en la estación y por
medio de unos brazos laterales (cilindros C_RH & LH) y centrales (cilindro D), estos se
mantienen avanzando hasta centrar e identificar el modelo, ya centrado e identificado el
cristal es sujetado por medio de unas ventosas (cilindros con vástago hueco y una
ventosa montada sobre el mismo).
Una vez identificado el modelo de cristal a procesar por el PLC del sistema, abren los
brazos ecualizadores laterales (cilindros C_RH & LH) y centrales (cilindro D). El PLC da el
permisivo par que el Robot inicie el ciclo de aplicación de goteo y arrastre de primer claro
y oscuro por medio de un fieltro. Después de que el Robot termina de aplicar los
primarios sobre el cristal, El Robot envía al PLC la señal de ciclo completo la cuál libera
las ventosas y el cristal estará listo para ser desplazado automáticamente por el
transportador a la siguiente estacón de trabajo.
NOTA: Las estaciones No. 2 y 3, son iguales para la aplicación de primarios claro y
oscuro, ya que se puede seleccionar que aplique únicamente primario claro u oscuro, y
ambos por medio del Panel de operaciones del sistema (Panel View). La ventaja de estos
Robots en las estaciones de Trabajo No. 2 y 3 es que si alguno de los Robots se
descompone se selecciona el By-pass, mientras que el otro Robot puede soportar la
carga de trabajo de aplicación de primarios para el sistema.
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En caso de que personal de mantenimiento se encuentre dentro de la línea deberá tener
en cuenta que los ecualizadores pueden golpearlo por lo que en caso de haber necesidad
de estar dentro, deberá de ser supervisado por una persona en caso de algún incidente y
que pueda ser auxiliado, de lo contrario deberá evitar estar dentro.
1.5.4. Estación No. 4 y 5
Función: De transferencia y secado.
En estas estaciones el cristal únicamente está de transferencia secando el primer claro y
oscuro.
1.5.5. Estación No. 6
Función: Ecualización y centrado de cristal / aplicación de Uretano
Esta estación ecualizara y centrara el cristal de la misma manera que la estación No. 2 y
3. Una vez recibido el cristal en la estación, el ciclo inicia identificando el modelo, el PLC
dará el permisivo, para que el Robot entre a aplicar Uretano en el contorno del cristal.
Cuando el ciclo del Robot ha sido terminado, las ventosas liberarán el cristal y el sistema
estará listo para transferir a la siguiente estación de trabajo.
1.5.6. Estación No. 7
Función: De transferencia.
En esta estación el cristal únicamente esta de transferencia.
1.5.7. Estación No. 8
Función: De posicionado y entrega de cristal para descarga.
En esta estación se encuentra el transportador final, el cual se extiende al detectar parte
presente, levanta el cristal e inicia el vacío en las ventosas, al detectar el PLC que hay un
vació optimo lo gira 90 grados con respecto a su posición original.
Una vez girado el transportador se retrae, y bajara liberando el cristal de las ventosas
depositándolo sobre el soporte de salida para que el operador tome el cristal y monte
sobre la unidad (automóvil). El transportador final repetirá el ciclo, solo si detecta parte
presente en la entrada y que no exista cristal en la salida.
Esta sección es independiente del transportador ya que su ciclo lo realiza aun cuando los
robots estén trabajando y el transportador este abajo. Por lo que también los operadores
que reciben los cristales deben tomar en cuenta el hecho de que pueden sufrir
atoramiento de la ropa o quedar atrapados por las partes en movimiento.
TESIS: APLICACIÓN DE URETANO A CRISTALES EN UNA CELULA DE MANUFACTURA
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1.6. Descripción del Sistema de Primario Claro y Oscuro.
La función del Sistema de Aplicación de Primario Claro y Oscuro es la de realizar la
preparación necesaria en los cristales para que la aplicación de Uretano cumpla con su
función (Adherencia carrocería-cristal).
El sistema utilizado es por goteo y arrastre de Primer para realizar la aplicación de estos,
utilizando una pieza de Fieltro con dimensiones establecidas.
1er Equipo del sistema de Primario Claro y Oscuro por Goteo y Arrastre.
Estación No. 2 y 3 ROBOT 01 y 02
 1 Robot: Modelo SC50F-01 Marca: NACHI
 1 Controlador de Robot: Marca; NACHI
 1 Bracket de sujeción de efector final para robot.
 1 Interface RIO: Tarjeta UM157. Marca: NACHI
 1 Efector final: No. Parte. 335634. Marca: NORDSON
 1 Controlador de Primario Claro y Oscuro: Marca NORDSON
 1 Estación de Bombeo de primer Claro y Oscuro: Marca: NORDSON
 1 Efector final: Marca: NORDSON
 1 Aplicador de primer (bloque de válvulas) montados sobre el Robot:
Marca: NORDSON
 1 Alimentador de fieltro (bloque de Válvulas) a nivel de piso junto al Robot: Marca:
NORDSON
 1 Estación de llenado de Primario Oscuro: Marca: NORDSON
 1 Contenedor de MEK (Metil – Etil – Keton) de 5 Galones: Marca: Nordson
 Accesorios de Equipo Nordson: Mangueras de teflón para primarios, mangueras de
Uretano para aire de control de Válvulas, conectores de teflón conectores de acero.
Etc.
 Entrada y Salida de cristal en la estación: Por Carga y Transportación.
 Equipo de seguridad: Guardas y Tapetes de seguridad e interlocks de Guardas de
Seguridad.
1.7. Ciclo de Operación Primarios Claro y Oscuro.
El Robotespera hasta que el cristal ingrese a la mesa ecualizadora, en esta es
identificado y sujetado para realizar la aplicación.
El robot se desplaza a tomar fieltro entregado por el dispensador de fieltro y después se
va a la posición de ataque (Pounce Position) y espera el programa del modelo de cristal
identificado y la señal de que los rodillos ecualizadores estén abiertos.
TESIS: APLICACIÓN DE URETANO A CRISTALES EN UNA CELULA DE MANUFACTURA
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El Robot entra a aplicar primarios al cristal, una vez terminada la trayectoria programada,
el robot da la señal de ciclo completo liberando el cristal de las ventosas y generando el
permisivo para que el transportador avance, e inicie un nuevo ciclo.
El Robot regresa liberando el fieltro usado para la aplicación de primarios sobre el
depósito de fieltro usado. El Robot regresa a una posición de Home para estar listo para
otro nuevo ciclo ya sea de aplicación de primarios o de purga.
1.8. Descripción Sistema de Aplicación de Uretano.
La función de este sistema para robots es aplicar un cordón uniforme de Uretano de
acuerdo a la ruta programada y especificaciones requeridas para el proceso del cristal.
El Uretano es aplicado al cristal, ya que previamente se ha aplicado primarios claro y
oscuro ya que sirven para que se adhiera al cristal perfectamente.
Equipo del sistema de Aplicación de Uretano
Estación No. 6 Robot 03
 1 Robot: Modelo SC50F-01 Marca: NACHI
 1 Controlador de Robot: Modelo SC50FAW11-20 Marca: NACHI
 1 Bracket de sujeción de efector final para robot: N/A
 1 Interface RIO: Tarjeta UM157 Marca: NACHI
 1 Efector Final: Marca: NORDSON
 1 Controlador de Uretano (PROMETER) : Marca: NORDSON
 2 Estaciones De Bombeo de Uretano Modelo Rhino instaladas dentro del horno de
Uretano
 1 Bomba de engranes de Uretano Marca: NORDSON
 1 Pistola de aplicación de Uretano Marca: NORDSON Modelo: CE20 GUN
 Accesorios de Equipo Nordson: Mangueras Neumáticas para aire de control de
válvulas.
 Entrada y Salida del cristal en la estación: Por carga y Transportación.
 Equipo de seguridad: Guardas y Tapetes seguridad e interlocks de Guardas de
Seguridad.
1.9. Ciclo de Operación de Aplicación de Uretano
El Robot espera hasta que el cristal ingrese a la mesa ecualizadora, y es identificado el
modelo de cristal (medallón o parabrisas)
El Robot se mueve a la posición de ataque (Pounce Position) y espera el programa del
modelo de cristal identificado y la señal de que los rodillos ecualizadores estén abiertos.
TESIS: APLICACIÓN DE URETANO A CRISTALES EN UNA CELULA DE MANUFACTURA
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El robot entra a aplicar el cordón de Uretano al cristal, una vez terminada la trayectoria
programada, el robot da la señal de ciclo completo liberando el cristal de las ventosas y
generando el permisivo para que el transportador avance, e inicie un nuevo ciclo.
Si el robot se encuentra sin recibir programa por más de 15 minutos este ejecutará el
programa de purga.
El ciclo se repite una y otra vez siempre que el robot deposite un cristal en la estación.
Como se puede ver las señales de modelo para que el robot pueda ejecutar un programa
vienen desde el PLC, una vez que ha identificado la combinación de señales que llegan
desde la mesa ecualizadota. Esto se hace a través de la red DH+.
NOTA: El Sistema ecualizador tienen el mismo principio de funcionamiento que el de la
estación 2 y 3 de primarios claro y oscuro.
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2. SEGURIDAD EN EL PROCESO
2.1. ¿Que es un Panel de Operación?
Existen muchas formas de poder monitorear un proceso, la mas sencilla pero que
también es la menos fiable, en la actualidad es la simple observación del proceso,
solicitando a un operador que realice esta tarea, sin embargo esto es poco confiable,
dado que muchos factores interfieren en esta acción. Supongamos que en un momento
dado es necesario saber que falla se presento el día anterior o una semana atrás y la
hora de falla, esto seria algo impreciso ya que el operador podría darnos una hora o
simplemente no acordarse de lo ocurrido, por otra parte si existiera un equipo que esta
fuera de operación momentánea y no se encuentra el operador, representa incluso un
alto riesgo para una persona que desconoce esta información y que se acerca a la línea
de producción.
Los paneles de operación facilitan el acceso visual del operario al sistema de
automatizacion, con lo que se evitan los detalles antes mencionados, por lo que se
engloban dentro del famoso “Human Machine Interface” (Interfaz Humano con Maquina,
HMI).
Algunas posibilidades de los Paneles de Operación son:
 Acceso rápido y sencillo a los datos del sistema
 No se emplea memoria de usuario
2.2. Funciones y características del Panel de Operación.
La función de los paneles de operación es facilitar el acceso visual del operario al sistema
automatizado, englobándose en el famoso “Human Machina Interfase” (Interfaz Hombre
Maquina), en otros casos estas interfases permiten la operación o control de algunos
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TESIS: APLICACIÓN DE URETANO A CRISTALES EN UNA CELULA DE MANUFACTURA
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elementos, de tal forma que se puedan ejecutar subrutinas desde este punto, o habilitar y
deshabilitar equipos, sin necesidad de abrir las celda o detener el proceso.
Algunas de las características de que deben de tener estos equipos son:
 Acceso rápido y sencillo a los datos del sistema
 Supervisión y control del proceso
 Visualización del proceso (solo en Paneles Gráficos)
 Modificación de parámetros y órdenes.
Así mismo poseen una serie de ventajas que las hace ideales para su uso en sistemas de
automatización, entre las que figuran:
 No se necesita una programación desde el PLC, ya que solo interactúan con éste.
 No se emplea memoria del usuario
 No se necesitan interfases con el programa de aplicación
 No consume tiempo de CPU en el PLC
 Rápida actualización y visualización de los datos presentados
Existen diferentes marcas de Panel View ó Terminales de operación. Entre las que
podemos mencionar a Allen-Bradley, Siemens, Módicon, etc. saber cual elegir, muchas
veces depende del programador o en ocasiones del cliente, ya que tal vez el integrador o
programador esta mas familiarizado con una u otra marca, por otra parte los clientes en
ocasiones prefieren estandarizar sus sistemas por lo que solicitan a los integradores que
instalen determinada marca de equipo.
FIG. 2.1. DIFERENTES MODELOS DE PANEL DE OPERACIÓN (ALLEN-BRADLEY Y SIEMENS)
Para ello lagunas de las características comunes en los Panel View (P.V.) son:
 Todos cuentan con una memoria independiente del PLC que es donde se guarda la
aplicación, se ejecuta y puede guardar ciertos parámetros, así como un procesador
para ejecutar las operaciones básicas.
 Pantalla, la cual puede ser táctil o se puede contar con un teclado e cual va desde
el sencillo (numérico) hasta un teclado completo (alfanumérico con abecedario y
teclas de funciones)
TESIS: APLICACIÓN DE URETANO A CRISTALES EN UNA CELULA DE MANUFACTURA
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 Puerto de comunicación, uno normalmente RS-232 para comunicación con la PC,
para carga y descarga de aplicaciones, y uno mas para el protocolo de
comunicación que se desee emplear (DH+, Ethernet, RIO, Profibus, etc.).
2.3. Panel View (P.V.) de Allen-Bradley.
Estas terminales proporcionan un poderoso procesamiento de datos compatibles tales
como graficas, y manejo de expresiones, que permiten operar una aplicación bajo
cualquier protocolo (Remot I/O, Data Highway Plus y Contlor Net).
Allen-Bradley cuenta con una gran variedad de Panel View (P.V.), para todas y cada una
de las aplicaciones que se desee, para ello se deben tomar en cuenta algunos puntos
tales como:
 Tipo de alimentación que se suministrara (120 Vca. 24 Vcd.)
 Tamaño y tipo de pantalla, los P.V. pequeños normalmenteson monocromáticos,
mientras que los de mayor tamaño son a color. Aunque existen algunos P.V. de
pequeño tamaño que también son de color.
 El tipo de Comunicación que se desea, o el tipo de red con el que se va a
interactuar. (DH-485, RS-232, DH+, Control Net, Ethernet, DF1)
 Puerto de impresora RS-232.
 Modo de operación (mediante Teclado o Touch)
Una de las grandes ventajas que presentan los Panel View, contra una PC es que
poseen una protección contra un ambiente sucio grado 2. Pueden ser montados en
gabinetes para protección contra corto circuito, pero para ello es necesario tener la
ventilación adecuada para dispersar el calor, producido por los demás elementos dentro
del gabinete. Los rangos de temperatura de estos equipos son de 0 a 55°C
2.4. Panel View (P.V.) de Allen-Bradley familias “e”.
Las terminales Panel View “e” son la última generación de terminales Panel View, Como
las terminales 1200 y 1400, estos proporcionan una interfase de operación rápida, fácil,
flexible y de bajo costo, para el sistema PLC. Este tipo de paneles están preensamblados
y listos para instalase en un recorte dentro de un gabinete o en un rack de 19-pulgadas,
pueden conectarse a cualquier red de Allend-Bradley, proporcionan una alta
funcionalidad de desarrollo como HMI para grandes y complejas aplicaciones
2.5. Panel View 1400e de Allen-Bradley.
Como se comento estos Paneles de Operación son muy prácticos, dentro de la gran
variedad de modelos que se tiene (550, 600, 900, 1000, 1000e, 1200e y 1400e) también
TESIS: APLICACIÓN DE URETANO A CRISTALES EN UNA CELULA DE MANUFACTURA
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podemos dividirlos en dos grandes grupos, que son los de pantallas táctiles o de teclado,
los cuales son configurados de la misma forma excepto por:
 Diferentes configuraciones de botón
 Ciertos objetos de pantalla son especificados para terminales de teclado y otros
para terminales táctiles.
Se puede mencionar con respecto a las terminales con teclado que cuentan con:
 21 teclas de función determinadas por el usuario.
 Un teclado para introducir valores numéricos.
 Teclas de Cursor
 Teclas de Inicio, Entrada, Seleccionar, Cancelar, Subir, Bajar y espacio de
retroceso.
Por otra parte las Terminales Táctiles Panel View 1400e usan pantallas táctiles resistivas-
analógicas. Esto permite que los objetos de entradas sean de cualquier tamaño (mínimo
40 x 40 Pixeles), que equivale aproximadamente a un cuadro de 5 x 5 mm, y que sean
puestos en cualquier lugar de la pantalla. Este tipo de equipo proporciona gran flexibilidad
de diseño si se compara con otros equipos (1200 o menores) ya que no utilizan matriz
táctil que requiere que los objetos sean alineados con la cuadricula que poseen. Sin
embargo como características específicas de estos Panel View se puede decir:
 Tienen una expansión de mensajes incluidos 4,000 alarmas, 10, 000 mensajes
locales y 10,000 mensajes de información para proporcionar la información al
operador.
 Tarjeta de Memoria PCMCIA que puede ser usada para subir datos y salvar
aplicaciones en archivos para usarse en una computadora personal. Esta también
permite almacenar y correr aplicaciones que permiten usar la memoria base que
permiten expandirse hasta 15.7 MB.
 La sobre posición de objetos que permiten el control de dispositivos tales como
botones de pulso e indicadores mismos que está direccionados de manera directa a
objetos a través de un mapa de bits de una máquina, haciendo un control de
operación mas intuitivo.
 Expresiones y operaciones permiten manipular y evaluar datos, reduciendo al PLC
direcciones y lógica.
 Las Tendencias o graficas en las terminales Panel View permiten el seguimiento de
los datos de proceso específico durante tiempo y lo exhiba gráficamente en la
pantalla como una línea o gráfico.
 Un archivo de alarmas durante condiciones de avería se maneja a través de una
ventana de alarmas, de la pantalla del estado de alarmas, y de la pantalla de la
historia de alarmas. Un indicador audible puede también ser configurado. Un relé
en la parte posterior del Panel View se puede utilizar para activar el dispositivo. El
puerto RS-232 en la parte posterior de la Terminal permite imprimir el listado de
alarmas o de informes de la pantalla.
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 Fácil migración de las terminales Panel View 1200 los archivos de las aplicaciones
son completamente convertidas y no requieren cambios en el programa del PLC ni
en las redes de comunicación de entradas y salidas remotas (Remot I/O).
Esta interfase de operación nos permitirá saber en caso de una falla, cual es el origen, es
decir, si en un momento dado uno de los robots no entra a ejecutar su programa, esto
puede ser generado por la falta de un sensor en la combinación que se tiene para dicho
programa.
2.6. El Software de configuración Panel Builder 1400e.
Para el desarrollo de la aplicación en un Panel de operación es necesario tener un
software precargado en una PC. En este caso se trata del Panel Builder 1400e para
Windows, el cual es una herramienta fácil de aprender. Este Software permite tener una
interfase superior, con el cual es posible tener varias aplicaciones abiertas a la vez así
como transferir información entre las mismas. Y al ser un software para Windows,
también esta desarrollado bajo esta plataforma por lo que las ventanas de ayuda pueden
ser requeridas en cualquier momento y estas se sobrepondrán para mostrar la
información.
El software contiene diferentes editores y cuadros de diálogos que proporcionan una
ayuda para la configuración y construcción de una aplicación. Aunado al software de
desarrollo de aplicación se necesita la opción del Panel View Transfer Utility, que es la
utilería necesaria para lograr transferir la aplicación de la PC al Panel View o Viceversa.
Las aplicaciones deberán ser planeadas antes de iniciar la construcción, lo que ayudara a
un mejor desarrollo de las mismas.
Los archivos pueden ser transferidos entre la Terminal y la PC. por medio de la siguiente
forma.
 Carga o descarga de archivos usando un cable de conexión RS-232, a través de
las puertas del Panel y la PC., a esta se le conoce como transferencia serial.
 Carga o descarga de archivos mediante la Red DH+, en esta red la transferencia es
directa, siempre que el Panel tenga un nodo asignado en la red, de lo contrario será
un elemento invisible en la misma red.
 Cargar o descarga de archivos sobre un protocolo Ethernet, usando algunas
características del pase usado en el modo Remot I/O.
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FIG. 2.2. PANEL VIEW 1400e
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3. EQUIPOS DE CONTROL
3.1. PLC.
3.1.1. Historia del PLC
Los controladores lógicos programables (PLC, por sus siglas en inglés), son dispositivos
electrónicos digitales que fueron inventados en 1969 para reemplazar a los circuitos de
relevadores (relés) electromecánicos, interruptores y otros componentes comúnmente
utilizados para el control de los sistemas de lógica combinacional, es decir que cualquier
situación que requiera dispositivos eléctricos y electrónicos de operación coordinada es
una aplicación de control potencial para un PLC, ya que dentro de los dispositivos que
pueden ser controlados se incluyen válvulas solenoides, luces, relés y motores entre
otros.
Los controladores son la primera máquina con lenguaje, es decir un juego de
instrucciones se orienta hacia los sistemas de evolución secuencial. En los sistemas de
lógica combinacional el estado de una salida queda determinado por el estado de una
cierta combinación de entradas sin importar la historia de éstas.
Los PLC's resultaron muy atractivos ya que, a diferencia de los antiguos circuitos
permiten reprogramación, ocupan comparativamente muy poco espacio,consumen poca
potencia, poseen auto-diagnóstico y tienen un costo competitivo, así mismo se pueden
añadir a sus características el poder realizar tareas como operaciones repetitivas,
operaciones accionadas dependiendo del tiempo, control de alta velocidad, requisitos de
adquisición y manejo de datos entre muchas otras tareas.
Sin embargo, fueron las innovaciones tecnológicas en microprocesadores y memorias lo
que a hecho tan versátiles y populares a los PLC's. Así, pues estos equipos pueden
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TESIS: APLICACIÓN DE URETANO A CRISTALES EN UNA CELULA DE MANUFACTURA
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realizar operaciones aritméticas, manipulaciones complejas de datos, tienen mayores
capacidades de almacenamiento y pueden comunicarse más eficientemente con el
programador y con otros controladores y computadoras en redes de área local. Además,
ahora muchos PLC's incorporan instrucciones y módulos para manejar señales análogas
y para realizar estrategias de control, más sofisticados que el simple ON-OFF, tales como
el control PID, inclusive con múltiples procesadores.
FIG. 3.1. CONTROLADOR LOGICO PORGRAMABLE ALLEN-BRADLEY FAMILIA 5
3.1.2. Aplicación de los PLC´s
Los controladores tuvieron sus primeras aplicaciones en la industria automotriz para
sustituir los complejos equipos basados en relés. Sin embargo, la disminución de tamaño
y el menor costo han permitido que se utilicen en un gran sector de la industria. Se
pueden emplear desde el arranque secuencial de motores hasta complejos sistemas tales
como: Control de transportadores y bandas motrices, en donde se arrancan y paran los
motores, abren y cierran los seguros etc.
Transportadores con velocidad variable. Se tienen Drives que controlan la velocidad de
los motores, estos reciben la señal de la velocidad a la que deben trabajar desde el PLC
quien procesa los datos necesarios dependiendo de la demanda de producto.
Herramientas para la sujeción de piezas. El PLC envía la orden a las válvulas
correspondientes para que actúen los cilindros y se puedan sujetar las piezas y siguiendo
una secuencia abrirá o cerrara ciertos seguros (clamps) para sostener nuevas piezas o
sub-ensambles.
TESIS: APLICACIÓN DE URETANO A CRISTALES EN UNA CELULA DE MANUFACTURA
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Control de Humedad y Temperatura para procesos. El PLC recibirá la señal de los
sensores de Humedad y Temperatura y con base a ello generará la señal correcta para
aumentar la temperatura o para que la bomba envíe más agua al sistema y de esta forma
aumentar la humedad.
Control de Celdas de manufactura, en líneas de ensamble y proceso, en donde el PLC
controla los transportadores y envía las señales a los equipos que están dentro de la
celda para que realicen un trabajo específico.
En la actualidad los PLC´s pueden comunicarse con otros PLC´s, computadoras y
equipos, tales como variadores de velocidad, celdas de carga, y controles de básculas,
con lo que se convierten en parte funcional y fundamental de máquinas, plantas y
procesos industriales.
3.1.3. Lenguajes de Programación de PLC
Los primeros PLC, en la primera mitad de los 80 eran programados usando sistemas de
programación propietarios o terminales de programación especializados, que ha menudo
tenían teclas de funciones dedicadas que representaban los elementos lógicos de los
programas de PLC. Los programas eran grabados en cintas, mas recientemente se
guardan en aplicaciones especiales en un ordenador, finalmente son descargados
directamente en el PLC.
Los primeros PLC fueron diseñados para ser usados por electricistas. Estos PLC eran
programados con “lógica de escalera” (ladder Logia”). Así, el primer lenguaje de
programación para PLC's, considerado de bajo nivel, fue el "Lenguaje de Escalera". Aún
hoy se utiliza este lenguaje.
Los lenguajes de programación tenemos cinco tipos, a continuación se hace mención de
ellos. Existen equipos que permiten la programación en un solo lenguaje, sin embargo
existen otros equipos que permiten la programación de diferentes formas.
 Forma de diagrama de escalera (lader logic). El diagrama lógico está realizado bajo
la lógica de los esquemas eléctricos, el cual incluye contactos y bobinas.
Actualmente es un lenguaje gráfico muy popular en la programación. Esta basado
en el establecimiento de circuitos de relevadores, este lenguaje esta basado en
renglones en los que se establecen las condiciones necesarias para tener una
salida. Este tipo de programación se utiliza en gran manera en el control secuencial
de un proceso u operación de manufactura.
TESIS: APLICACIÓN DE URETANO A CRISTALES EN UNA CELULA DE MANUFACTURA
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FIG. 3.2. DIAGRAMA DE ESCALERA PARA ARRANQUE DE MOTORES
 Bloque de funciones. Las CPUs ofrecen bloques preprogramados que se pueden
llamar desde el programa de usuario. Los bloques de funciones forman parte del
sistema operativo, no se cargan como parte integral del programa. Una función del
sistema es una función preprogramada y probada.
FIG. 3.3 PROGRAMACION DE BLOQUE DE FUNCIONES
TESIS: APLICACIÓN DE URETANO A CRISTALES EN UNA CELULA DE MANUFACTURA
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FIG. 3.4. PROGRAMACION DE BLOQUE DE FUNCIONES
 Lista de instrucciones (IL). Esta basado en un listado de símbolos nemotécnicos
cercanos al lenguaje máquina. Se escribe en formato de texto, utilizando caracteres
alfanuméricos para definir las líneas de operaciones lógicas. Suele ser un lenguaje
potente, aunque es más complejo que los lenguajes gráficos
FIG. 3.5. PROGRAMACION MEDIANTE LISTA DE INSTRUCCIONES
TESIS: APLICACIÓN DE URETANO A CRISTALES EN UNA CELULA DE MANUFACTURA
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Algunos fabricantes no cumplen al completo con la norma IEC 1131-3 y utilizan su propia
nemotecnia, como ocurre con la marca Siemens. Debido a la gran implantación que estos
autómatas tienen en la industria, en algunos casos se realiza un estudio paralelo de
ambos sistemas con el fin de que se pueda observar las diferencias que hay entre ellos.
NORMA IEC 1131-3
OPERANDO OPERADOR
LD %I1.0
SIEMENS S7
OPERANDO OPERADOR
LD E1.0
FIG. 3.6. DIFERENCIAS DE NEMONICOS DE LISTAS DE INSTRUCCIONES
 Lenguaje de alto nivel. Cuando se comprendió el gran potencial de los PLC's, como
poderosas computadoras que son y se dio la evolución de capacidades que ahora
tienen, que no poseían los antiguos circuitos, aparecieron los lenguajes de alto nivel
Este es un lenguaje de programación que en comparación con en lenguaje de bajo
nivel este puede usar elementos de lenguaje natural, por lo que se convierte en un
lenguaje fácil de usar. El nombre de lenguaje de alto nivel no implica que sea
superior al lenguaje de bajo nivel, sino que es un lenguaje adecuado para las
computadoras por el manejo de cadenas y por estar orientado a objetos.
Actualmente podemos trabajar con diferentes lenguajes de alto nivel siendo dentro
de los más famosos el Visual Basic y el C.
FIG. 3.7. PROGRAMACION CON LENGUAJE DE ALTO NIVEL
 Grafcet, El GRAFCET (GRAFica de Control de Etapas de Transición) Es un
diagrama funcional normalizado, que permite hacer un modelo de proceso a
automatizar, contemplando entradas, acciones a realizar, y los procesos
intermedios que provocan estas acciones. No fue concebido como un lenguaje de
programación, sino más bien un tipo de Grafo para elaborar el modelo pensando en
la ejecución directa del automatismo programa autómata. Actualmente no tiene una
amplia difusión como lenguaje, pero se utiliza como una herramienta de modelado.
TESIS: APLICACIÓN DE URETANO A CRISTALES EN UNA CELULA DE MANUFACTURA
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Para poder programar en GRAFCET es necesario conocer cada uno de los
elementos propios de que consta.
FIG. 3.8. EJEMPLO DE LA PROGRAMACION EN GRAFCET.
Cuando se comprendió el gran potencial de los PLC's, como poderosas computadoras
que son y se dio la evolución de capacidades que ahora tienen, que no poseían los
antiguos circuitos, aparecieron loslenguajes de alto nivel como el "lenguaje de escalera"
pero, con la adición de funciones especiales complejas, que en el diagrama de escalera
aparecen en el lugar de las salidas". Luego, se desarrollaron los Lenguajes Especiales de
Computadora, también de alto nivel, que son muy similares
Los lenguajes de lógica de relevadores en escalera (LLRE) que hemos mencionado,
utilizan un marco de programación que obliga al programador a centrarse en cada salida
individualmente, en lugar de hacerlo en el flujo y operación del proceso o sistema que se
controla. La programación con un LLRE requiere el uso de soluciones de casos
especiales, eliminando la posibilidad de una programación limpia, directa y elegante.
Adicionalmente, muy a menudo los programas resultantes son difíciles de modificar por
no tener una estructura modular. Para mejorar la programación en estos aspectos, se han
propuesto metodologías de programación basadas en reglas como la lógica difusa y la
lógica de estado
3.1.4. Lógica de Estado
Para poder saber mas sobre la lógica de estado es bueno conocer los tipos de lógica que
se tienen en cuanto a control se refiere:
Lógica cableada: La tecnología cableada esta basada en la unión física de todos y cada
uno de los equipos, es decir que el control deberá tener un cableado completo para poder
realizar las funciones necesarias. Los inconvenientes de este tipo de trabajos es: El
dimensionamiento. Referente al cableado ya que es una gran cantidad de cable los que
se deberán utilizar para poder lograr un control completo y que este pueda darse desde
diferentes puntos, Poca flexibilidad, al no poder realizar incrementos en los sistemas, en
caso de poder hacerlos representan pequeños subsistemas de un principal y no se ven
reflejados como una adición al mismo o una modificación. Dificultades para el
mantenimiento y pocas posibilidades de implementar funciones de control complejas y
las que se puedan implementar se llevarían acabo mediante elementos electromecánicos.
TESIS: APLICACIÓN DE URETANO A CRISTALES EN UNA CELULA DE MANUFACTURA
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Lógica programada: La tecnología programada o programable, utiliza como unidad de
control un sistema basado en el microprocesador. El cual se encarga de recibir la
información y procesarla para después dar una respuesta basada en las condiciones
programadas para la ejecución, además de poder obtener una mayor cantidad de
información desde diferentes puntos con menores cantidades de cable y dando también
mayor flexibilidad tanto para la instalación como para la programación.
En las tecnologías cableadas, el tratamiento de la información que se lee del proceso
tiene lugar simultáneamente, en paralelo. En los equipos programables, el tratamiento de
información no se hace en paralelo sino en secuencia.
La lógica de estado es una metodología para el control de sistemas que no se basa en la
lógica combinacional, sino en la teoría de la Máquina de Estado Finita. Los lenguajes de
lógica de estado, son lenguajes de programación de muy alto nivel, cuyo poder y
flexibilidad se derivan del ajuste fiel entre el problema a resolver y el modelo sobre el cual
se basa. Con estos lenguajes, el desarrollo y modificación del sistema es mucho más fácil
y rápida que con lenguajes de nivel más bajo. El programador puede olvidarse de los
códigos simplemente concentrarse en la comprensión del sistema de control. En
resumen al comparar los sistemas de Lógica cableada contra Lógica programada
tenemos:
CARACTERISTICAS
O METODO
PANEL DE RELEVADORES CONTROLADORES
PROGRAMABLES
Funciones
Solo un gran número de relevadores permite
un control
La programación permite el control
con cualquier grado de complejidad
Flexibilidad
El cableado interno debe ser cambiado Puede ser modificado sólo el
programa
Confiabilidad
Sujeto a defectos en contactos y baja vida
útil
Alta, ya que sólo usa semiconductores
en los circuitos principales
Adaptabilidad
No puede usarse en otra aplicación a menos
que se quiten o pongan componentes
Se adapta a cualquier aplicación por
medio de la programación
Expandible
Muy limitada desde el diseño original Fácilmente ampliado a su máxima
capacidad
Mantenimiento
Requiere mucho mantenimiento e
inspecciones periódicas
Reparaciones sencillas a través del
reemplazo de módulos.
Tamaño Grande y pesado Reducido
Diseño
Grandes periodos de tiempo para ensamble
y pruebas con mucho esfuerzo
Diseños simples para sistemas
complejos con poco esfuerzo de
fabricación
Economía Hasta seis relevadores en secuencia Mas de seis relevadores en secuencia
Tecnología
De uso ampliamente generalizado, fácil de
entender
Requiere especialización y
aprendizaje de aspectos técnicos
TESIS: APLICACIÓN DE URETANO A CRISTALES EN UNA CELULA DE MANUFACTURA
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específicos
Observemos primero que, cada proceso en un sistema real, atraviesa una secuencia de
estados y cada máquina o proceso es una colección de dispositivos o componentes
físicos. Además la operación de cualquiera de estos dispositivos, puede ser descrita
como una secuencia de pasos con respecto al tiempo. Inclusive los procesos continuos
pasan por estados, por ejemplo, fases de: arranque, manual (o automático), operación
normal y parada. No resulta difícil, expresar explícitamente las condiciones de prueba o
eventos que causan que un dispositivo cambien de estado, por ejemplo: "si el nivel del
tanque está por debajo del 50%, arranque la bomba # 1 y encienda la luz indicadora".
Así, todas las actividades físicas pueden ser descritas en esta forma.
3.1.5. Arquitectura básica del PLC
Como ya se menciono el PLC un conjunto de dispositivos electrónicos digitales, con alto
grado de integración, capaz de ser programados a través de un lenguaje específico, y
que sirve para controlar procesos industriales secuénciales o característicos. Dentro de
los dispositivos característicos con que cuentan estos equipos son:
1. Unidad Central de Proceso (CPU) ó Unidad Aritmética Lógica. En el cual
encontramos la memoria que almacena el programa, la base de datos, el estatus del
procesador y los elementos internos que permiten el control tal como temporizadores,
contadores e instrucciones para operaciones lógicas.
2. Interfaces de entradas y salidas, mismas que pueden ser digitales (0/1) o analógicas.
3. Dispositivos de programación, interfaces hombre maquina, mediante los cuales el
operador puede introducir los datos necesarios para la correcta operación de la
secuencia. Así como redes de comunicación.
3.1.6. Arquitectura del PLC ALLEN-BRADLEY
Así pues dado que en el mercado se tiene diferentes marcas, cada una de estas cuenta
con diferentes modelos de PLC´s sin embargo todos ellos están diseñados bajo el mismo
principio, primeramente que sean modulares y que tengan la capacidad de procesar los
datos que se manejan, por lo que para configurar el sistema un PLC se debe tomar en
cuenta los siguientes puntos.
 Determinar el tipo de comunicación
 Elegir el procesador o CPU
 Seleccionar los diferentes módulos de entradas y salidas
 Elegir el chasis adecuado a las necesidades
 Elegir la fuente de alimentación para el sistema
 Seleccionar las tarjetas de comunicación en caso de ser necesario.
Estos principios aplican para todos los PLC´s que sean modulares, aunque algunos
pueden omitirse dependiendo de la familia de PLC o de la marca. Tal es el caso de los
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equipos de la familia Micrologix 1200 ó 1500 de Allen-Bradley y la familia Siemens S7-
200, que no necesitan un rack o chasis para su montaje, ya que pueden ser montados
sobre riel DIN, y sobre este se instalan los módulos de entradas y salidas adicionales.
FIG. 3.9. CONFIGURACION BASICA DE UN PLC ALLEN-BRADLEY
El CPU se determina de acuerdo a la capacidad de memoria, la capacidad de entradas y
salidas, el tipo de comunicación, el tiempo de barrido,entre otras, y con base en estos
puntos se configura la arquitectura del sistema. A continuación se presentan tablas con
las características de los PLC´s de Allen-Bradley tanto de la familia SLC-500 como de la
familia PLC-5.
 Rack, mismo que alojara los módulos, consta de una tarjeta en el fondo conocido
como Backplane, para el caso del PLC 5 se cuenta con cuatro tamaños de rack´s
(chasis), 4, 8, 12 y 16 slots.
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 Fuente de alimentación, encargada de alimentar a los módulos que se encuentran
instalados en el rack, cabe hacer mención de que esta fuente de alimentación solo
alimenta la electrónica del PLC y no a las señales.
 CPU. Procesa los valores de entradas y controla las salidas, así mismo envía los
mensajes hacia otros equipos (nodos de la red)
 Módulos de Entradas y Salidas. Convierte las señales físicas en lenguaje del PLC a
través del Panel trasero, así mismo recibe las señales del CPU y las convierte en
señales físicas que se envían a los elementos de campo.
 Módulos de Comunicación. Permiten realizar la comunicación entre el PLC y otros
equipos (PLC, PC´s, equipos de visualización y sistemas locales), estos módulos
pueden ser locales al estar instalados en el mismo rack.
FIG. 3.10. TABLA DE CARACTERISTICAS DE EQUIPOS SLC-500
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FIG. 3.11. TABLA DE CARACTERISTICAS DE EQUIPOS PLC-5
Una vez que se ha determinado el CPU se seleccionan el tipo de tarjetas de entradas y
salidas que se utilizaran, para ello es necesario conocer los elementos de campo que se
conectaran (Alimentación del elemento 24Vcd, 120 Vca.), en caso de estar trabajando
con un control de proceso podemos tener señales de tipo analógico, estas señales
normalmente están en un rango de 4 a 20 mA. pero se pueden tener señales de 0 a 20
ma, de 0 a 5 Vcd y de 0 a 10 Vcd. A continuación se muestran algunos de los diferentes
modelos de tarjetas para PLC-5 de Allen-Bradley.
FIG. 3.12. TABLA DE TARJETAS DE ENTRADAS Y SALIDAS PARA PLCs ALLEN-BRADLEY
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Es recomendable se tome en cuenta el ambiente en el que se instalara el sistema de
PLC, por lo que deben cosiderar las tolerancias que existen entre el equipo y los
elementos que se encuentran a su al rededor, con la finalidad de evitár ambientes con
temperatura mayor a 60ºC, en casos extremos sera necesario la instalación de
ventiladores o de columnas de aire acondicionado. Algunos de los lineamientos a tomar
en cuenta son los siguientes.
 El chasis deberá ser instalado de forma horizontal
 Deberá existir una distancia mínima de 150 mm (6 in) entre el chasis del PLC y los
elementos que se encuentren instalados abajo y arriba de el.
 Deberá existir una distancia de 100 mm (4in) entre el chasis y cualquier elemento
instalado a los lados del equipo.
 La distancia mínima recomendada entre el chasis y los ductos que alojan los
conductores.
En la figura de abajo se muestra el esquema de la instalacion del chasis y las distancias
recomendadas.
FIG. 3.13. DISTRIBUCION RECOMENDADA DE UN PLC
La comunicación es otro punto delicado que se debe tener en cuenta ya que de esto
depende que los equipos involucrados tengan un desempeño y funcionamiento correcto.
Existen diferentes tipos de comunicación para la adquisición de datos de los diferentes
equipos tales como los bloques de Electro válvulas y módulos de entradas de señales de
los sensores, o la comunicación que existe entre el PLC y los Robots, incluso con los
equipos Panel View. Los bloques de electro válvulas y módulos de entradas son señales
que llegan desde el PLC a través de la comunicación remota. Los robots son equipos
autónomos que envían señales de entradas y salidas al PLC así mismo se tiene
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comunicación con los Panel View, sin embargo los protocolos de comunicación no son los
mismos y la forma de programarlos y de obtener los datos son diferentes.
Los controladores PLC 5 tienen la capacidad de poner en práctica nuevas tecnologías al
ritmo que se elija. La prueba de esto es la selección inigualada que se tienen en cuanto a
la cantidad y el tipo de redes que se pueden conectar simultáneamente. Par este caso se
esta trabajando con un Red DATA HIGHWAY PLUS (DH+) y un vinculo universal de
comunicación de Entradas y Salidas Remotas (I/O).
La solidez y versatilidad de una red de trabajo de E / S remotas viene de un extenso
soporte de productos. Los típicos rangos de aplicación de simples enlaces de E/S con los
controladores y E / S o enlaces con una variedad de otros dispositivos. Se pueden
conectar dispositivos a través de los módulos adaptadores de E/S remotas o construir
adaptadores remotos de E/S
Usando la Red de trabajo Universal de E/S remotas en lugar de un cableado directo a
dispositivos sobre grandes distancias en un chasis local de E/S remotas ayuda a reducir
costos de instalación mantenimiento y arranque por lugares cercanos a sensores y
actuadotes
Algunos dispositivos permiten que se configuren para ser elementos remotos dentro de
los diferentes tipos de Red como DH+, E/S remotas, Ethernet o Control Net.
Rango de Transmisión de
Datos
Longitud Máxima de
Cable.
Máximo numero de
Nodos
57.6 kbps 3,048 m (10,000 ft)
115.2 kbps 1524 m (5,000 ft)
230.4 kbps 762 m (2500 ft)
1 scanner
32 adaptadores
Existen muchos factores que pueden afectar el rendimiento de una red DH+, los cuales
incluyen:
 Nodos
 Tamaños y números de mensajes
 Destino de los mensajes
 Tiempo de procesamiento interno
3.1.7. Diseño de Sistemas
Usted puede usar los procesadores PLC-5 en un sistema diseñado para control
centralizado o en un sistema diseñado para control distribuido.
Control centralizado es un sistema jerárquico en donde el control sobre todo el proceso
está concentrado en un procesador.
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FIG. 3.14. DISEÑO CENTRALIZADO
Control distribuido es un sistema en el cual las funciones de control y administración
están dispersas a través de la planta. Múltiples procesadores efectúan las funciones de
administración y control y usan una red Data Highway, una red Ethernet, o un sistema bus
para comunicación.
FIG. 3.15. DISEÑO DE CONTROL DISTRIBUIDO
3.1.8. Direccionamiento de E/S y Memoria del Procesador
Ya que el propósito principal de un controlador programable es controlar entradas y
salidas de dispositivos de campo, tales como interruptores, válvulas y termopares, estas
entradas y salidas deben ocupar una ubicación en la memoria del procesador de manera
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que puedan ser direccionadas en el programa de control. Cada terminal en un módulo de
entrada o salida que pueda ser cableado a un dispositivo de campo ocupa un bit dentro
de la memoria del procesador. La parte de la memoria del procesador que aloja las
direcciones de E/S es la tabla de imagen de entrada y la tabla de imagen de salida.
El direccionamiento de E/S ayuda a conectar la ubicación física de una Terminal de
módulos de E/S a una ubicación de bit en la memoria del procesador. El direccionamiento
de E/S es sólo una manera de segmentar la memoria del procesador. La segmentación
es:
Un terminal específico en el
módulo de E/S que ocupa
un espacio en la memoria
del procesador.
Terminal o
punto
La densidad de un módulo de E/S, i.e., 8 puntos, 16
puntos, 32 puntos, se relaciona directamente a la
cantidad de memoria (bits) que ocupa el módulo en
la memoria del procesador. Por ejemplo, un modulo
de entrada de 16 puntos ocupa 16 bits en la tabla
de imagen de entradas del procesador.