Son diseñados para disminuir el coste económico y el consumo de energía de un sistema en particular. Por eso el tamaño de la CPU, la cantidad de memoria y los periféricos incluidos dependerán de la aplicación. El control de un electrodoméstico sencillo como una batidora, utilizará un procesador muy pequeño (4 u 8 bit) por que sustituirá a un autómata finito. En cambio un reproductor de música y/o vídeo digital (mp3 o mp4) requerirá de un procesador de 32 bit o de 64 bit y de uno o mas Códec de señal digital (audio y/o vídeo). El control de un sistema de frenos ABS (Antilock Brake System) se basa normalmente en un microcontrolador de 16 bit, al igual que el sistema de control electrónico del motor en un automóvil.
Los microcontroladores representan la inmensa mayoría de los chips de computadoras vendidos, sobre un 50% son controladores "simples" y el restante corresponde a DSPs más especializados. Mientras se pueden tener uno o dos microprocesadores de propósito general en casa (vd. está usando uno para esto), usted tiene distribuidos seguramente entre los electrodomésticos de su hogar una o dos docenas de microcontroladores. Pueden encontrarse en casi cualquier dispositivo electrónico como automóviles, lavadoras, hornos microondas, teléfonos, etc...
Por ejemplo, un microcontrolador típico tendrá un generador de reloj integrado y una pequeña cantidad de memoria RAM y ROM/EPROM/EEPROM/FLASH, significando que para hacerlo funcionar, todo lo que se necesita son unos pocos programas de control y un cristal de sincronización. Los microcontroladores disponen generalmente también de una gran variedad de dispositivos de entrada/salida, como convertidores de analógico a digital, temporizadores, UARTs y buses de interfaz serie especializados, como I2C y CAN. Frecuentemente, estos dispositivos integrados pueden ser controlados por instrucciones de procesadores especializados. Los modernos microcontroladores frecuentemente incluyen un lenguaje de programación integrado, como el BASIC que se utiliza bastante con este propósito.
CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE PLC :
Su historia se remonta a finales de la década de 1960 cuando la industria buscó en las nuevas tecnologías electrónicas una solución más eficiente para reemplazar los sistemas de controlbasados en circuitos eléctricos con relés, interruptores y otros componentes comúnmente utilizados para el control de los sistemas de lógica combinacional.
Hoy en día, los PLC no sólo controlan la lógica de funcionamiento de máquinas, plantas y procesos industriales, sino que también pueden realizar operaciones aritméticas, manejar señales analógicas para realizar estrategias de control, tales como controladores proporcional integral derivativo (PID).
Los PLC actuales pueden comunicarse con otros controladores y computadoras en redes de área local, y son una parte fundamental de los modernos sistemas de control distribuido.
Existen varios lenguajes de programación, tradicionalmente los más utilizados son el diagrama de escalera (Lenguaje Ladder), preferido por los electricistas, lista de instrucciones y programación por estados, aunque se han incorporado lenguajes más intuitivos que permiten implementar algoritmos complejos mediante simples diagramas de flujo más fáciles de interpretar y mantener. Un lenguaje más reciente, preferido por los informaticos y electronicos, es el FBD (en inglés Function Block Diagram)que emplea compuertas lógicas y bloques con distintas funciones conectados entre si.
En la programación se pueden incluir diferentes tipos de operandos, desde los más simples como lógica booleana, contadores, temporizadores, contactos, bobinas y operadores matemáticos, hasta operaciones más complejas como manejo de tablas (recetas), apuntadores, algoritmos PID y funciones de comunicación mutiprotocolos que le permitirían interconectarse con otros dispositivos.
COMPUTADOR INDUSTRIAL:
Los computadores industriales no son mas que automatismos programados. Se puede decir entonces que la aplicacion de los computadores industriales esta vinculados a la automatizacion y el control. Los diferentes requerimientos en cuanto a la potencia de cálculo,robustez en el comportamiento,fiabilidad,resistencia a condiciones de operacion en ambientes abrasivos ,corrosivos,etc...,ha motivado el desarrollo de diversos tipos de computadores industriales:
automatas programables(PLC)
microcontroladores
PC's industriales
procesadores digitales de señales (DSP).
chasis PC's industriales
perifericos PC's indusriales
nivel industrial o empresa
http://www.esid.uji.es/asignatura/obtener.php?letra=I&codigo=S68&fichero=1077524501IS68letra=I&codigo=S68&fichero=1077524501IS68
ROBOTICA:
Hoy en dia la robotica movil es un tema en continuo desarrollo. Con el enorme poder
de computo que existe en la actualidad se puede dar cada vez mas inteligencia a robots
moviles para que ejecuten determinadas tareas. Ademas, existe un gran avance en temas
relacionados con soft computing e inteligencia arti¯cial como redes neuronales, algoritmos
geneticos, etc., los cuales pueden ser implementados en un computador, obteniendo un
gran potencial.
En la actualidad existen numerosos estudios relacionados con la robotica movil. Se
han desarrollado diversos metodos para lograr que un robot se mueva en un entorno, para
lograr variados propositos como: evadir obstaculos, navegar a un sitio especifico, hacer un
mapa interno de un entorno, etc. Yamada [1.1] utiliza modelamiento basado en acciones,
entrenado con metodos evolutivos, para que un robot tipo Kephera se mueva y reconozca
habitaciones de distintas formas. Kubota [1.2] utiliza control difuso y un metodo llama-
do Perceptron-Base GA para que un robot movil se mueva en entornos con obstaculos
dinamicos. Izumi [1.3] utiliza un comportamiento basado en control difuso para que un
robot movil evada obstaculos. Hagras [1.4] utiliza un metodo fuzzy-GA para que un robot
aprenda a moverse, en tiempo real, en entornos no estructurados con obstaculos.
En el presente trabajo se propone implementar un simulador de un robot movil tipo
Kephera capaz de adquirir comportamientos complejos mediante aprendizaje evolutivo,
que puedan ser controlados mediante una interfaz simple con el usuario. Ademas, el robot
debe ser capaz de reconocer los entornos previamente recorridos.
Existen sistemas de navegacion que necesitan informacion detallada del entorno en
que estan, elaborando mapas que les permiten moverse adecuadamente. Por el contrario,
el robot que se desea implementar posee poca informacion de su entorno. Sus acciones
son consecuencia inmediata de aquello que censan sus sensores, procesado por una red
neuronal, que controla la velocidad de los motores.
El comportamiento de un robot autonomo viene determinado por el programa
que gobierna sus actuaciones. La creacion de programas para robots
debe cumplir con ciertos requisitos especıficos frente a la programacion
en otros entornos mas tradicionales, como el ordenador personal. En este
artıculo planteamos que el software de los robots se estructura actualmente
en tres niveles: sistema operativo, plataforma de desarrollo y aplicaciones
concretas. En los ultimos años han surgido con fuerza plataformas de desarrollo
con la idea de facilitar la construccion incremental de estas aplicaciones
roboticas. Mas alla del acceso basico a los sensores y actuadores, las
plataformas suelen proporcionar un modelo para la organizacion del codigo
y bibliotecas con funcionalidades comunes. En este artıculo se identifican
y analizan esos tres niveles, describiendo desde esta perspectiva los entornos.
http://gsyc.es/tr-docs/tr-programacionrobots.pdf
CONTROL NUMERICO COMPUTALIZADO CNC:
El CNC tuvo su origen a principios de los años cincuenta en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), en donde se automatizó por primera vez una gran fresadora.
En esta época las computadoras estaban en sus inicios y eran tan grandes que el espacio ocupado por la computadora era mayor que el de la máquina.
Hoy día las computadoras son cada vez más pequeñas y económicas, con lo que el uso del CNC se ha extendido a todo tipo de maquinaria: tornos, rectificadoras, eletroerosionadoras, máquinas de coser, etc.
En una máquina CNC, a diferencia de una máquina convencional o manual, una computadora controla la posición y velocidad de los motores que accionan los ejes de la máquina. Gracias a esto, puede hacer movimientos que no se pueden lograr manualmente como círculos, líneas diagonales y figuras complejas tridimensionales.
Las máquinas CNC son capaces de mover la herramienta al mismo tiempo en los tres ejes para ejecutar trayectorias tridimensionales como las que se requieren para el maquinado de complejos moldes y troqueles como se muestra en la imagen.
En una máquina CNC una computadora controla el movimiento de la mesa, el carro y el husillo. Una vez programada la máquina, ésta ejecuta todas las operaciones por sí sola, sin necesidad de que el operador esté manejándola. Esto permite aprovechar mejor el tiempo del personal para que sea más productivo.
El término "control numérico" se debe a que las órdenes dadas a la máquina son indicadas mediante códigos numéricos. Por ejemplo, para indicarle a la máquina que mueva la herramienta describiendo un cuadrado de 10 mm por lado se le darían los siguientes códigos:
G90 G71
G00 X0.0
Y0.0G01
X10.0G01
Y10.0G01
X0.0G01
Y0.0
Un conjunto de órdenes que siguen una secuencia lógica constituyen un programa de maquinado. Dándole las órdenes o instrucciones adecuadas a la máquina, ésta es capaz de maquinar una simple ranura, una cavidad irregular, la cara de una persona en altorrelieve o bajorrelieve, un grabado artístico un molde de inyección de una cuchara o una botella... lo que se quiera.
Al principio hacer un programa de maquinado era muy difícil y tedioso, pues había que planear e indicarle manualmente a la máquina cada uno de los movimientos que tenía que hacer. Era un proceso que podía durar horas, días, semanas. Aún así era un ahorro de tiempo comparado con los métodos convencionales.
Actualmente muchas de las máquinas modernas trabajan con lo que se conoce como "lenguaje conversacional" en el que el programador escoge la operación que desea y la máquina le pregunta los datos que se requieren. Cada instrucción de este lenguaje conversacional puede representar decenas de códigos numéricos. Por ejemplo, el maquinado de una cavidad completa se puede hacer con una sola instrucción que especifica el largo, alto, profundidad, posición, radios de las esquinas, etc. Algunos controles incluso cuentan con graficación en pantalla y funciones de ayuda gerométrica. Todo esto hace la programación mucho más rápida y sencilla.
También se emplean sistemas CAD/CAM que generan el programa de maquinado de forma automática. En el sistema CAD (diseño asistido por computadora) la pieza que se desea maquinar se diseña en la computadora con herramientas de dibujo y modelado sólido. Posteriormente el sistema CAM (manufactura asistida por computadora) toma la información del diseño y genera la ruta de corte que tiene que seguir la herramienta para fabricar la pieza deseada; a partir de esta ruta de corte se crea automaticamente el programa de maquinado, el cual puede ser introducido a la máquina mediante un disco o enviado electronicamente.
VENTAJAS DEL CONTROL NUMÉRICO:
Las ventajas, dentro de los parámetros de producción explicados anteriormente son:
Posibilidad de fabricación de piezas imposibles o muy difíciles. Gracias al control numérico se han podido obtener piezas muy complicadas como las superficies tridimensionales necesarias en la fabricación de aviones.
Seguridad. El control numérico es especialmente recomendable para el trabajo con productos peligrosos.
Precisión. Esto se debe a la mayor precisión de la máquina herramienta de control numérico respecto de las clásicas.
Aumento de productividad de las máquinas. Esto se debe a la disminución del tiempo total de mecanización, en virtud de la disminución de los tiempos de desplazamiento en vacío y de la rapidez de los pocisionamientos que suministran los sistemas electrónicos de control.
Reducción de controles y desechos. Esta reducción es debida fundamentalmente a la gran fiabilidad y repetitividad de una máquina herramienta con control numérico. Esta reducción de controles permite prácticamente eliminar toda operación humana posterior, con la subsiguiente reducción de costos y tiempos de fabricación.
CELDAS DE MANUFACTURA:
Una de las ventajas mas importantes de la industria que
trabaja con celdas de manufactura para la producción, sin
duda alguna es la simulación. Sin embargo la simulación
computacional, aun no ha logrado resolver eficientemente
los problemas que presenta una celda de manufactura real.
El objetivo de este documento, es el de dar a conocer tanto a
niveles de educación como de producción, las técnicas y
herramientas utilizadas para crear un simulador de celdas
flexibles de manufactura, consistiendo de diversos robots y
maquinas interactuando para construir productos.
Esta simulación se enfoca también a la capacitación a
distancia de personal, con el fin de lograr una optima
operación del equipo de celda. Los objetivos de diseño para
este simulador son:
a) simulación realista;
b) flexibilidad;
c) reconfigurabilidad;
d) multiplataforma;
e) visualización
en internet. Para lograr estos objetivos, se propone usar
programación basada en Java y VRML, que entrelazados
con el visualizador del World Wide Web se presentará una
simulación de celdas compartida a través de internet.
La celda de manufactura es un conjunto de componentes
electromecánicos, que trabajan de manera coordinada para
el logro de un producto, y que además permiten la
fabricación en serie de dicho producto.
La simulación de una celda flexible de manufactura,
comprende el modelado de elementos electromecánicos,
que permite analizar los problemas de difícil solución en el
comportamiento de los componentes de la celda de
manufactura, como los siguientes:
• flexibilidad: la celda se adapte a cambios en el ambiente
, tales como la incorporación de algún nuevo robot.
• reconfigurabilidad: la celda manufacture diferentes
productos.
• tolerancia a fallas: la celda trabaje eficientemente, aun y
cuando exista alguna falla.
Estos problemas, a lo largo de muchos años han sido
analizados por investigadores de varias partes del mundo,
atacando el problema por las capas física y enlace de datos,
mediante proyectos que ocupan equipos de hardware como
por ejemplo transputers, representando esto un costo
considerable..
En este documento se propone el diseño e implantación de
un simulador de celdas de manufactura, con el objetivo de
encontrar soluciones a los problemas anteriormente citados,
sin tener que solventar algún gasto en el proyecto,
acercándose lo mas posible a las características reales de la
celda, y de esta manera desarrollar una herramienta y
metodologías para obtener una evaluación técnica y
económica de la celda de manufactura.
REDES INDUSTRIALES Y SISTEMAS SCADA:
redes industriales:
Las redes de comunicaciones industriales deben su origen a la fundación FieldBus (Redes de campo). La fundación FieldBus, desarrollo un nuevo protocolo de comunicación, para la medición y control de procesos donde todos los instrumentos puedan comunicarse en una misma plataforma.
Las comunicaciones entre los instrumentos de proceso y el sistema de control se basan principalmente en señales analógicas (neumáticas de 3 a 15 psi en las válvulas de control y electrónicas de 4 a 20 mA cc). Pero ya existen instrumentos digitales capaces de manejar gran cantidad de datos y guardarlos históricamente; su precisión es diez veces mayor que la de la señal típica de 4-20 mA cc. En vez de transmitir cada variable por un par de hilos, transmiten secuencialmente las variables por medio de un cable de comunicaciones llamado bus.
La tecnología fieldbus (bus de campo) es un protocolo de comunicaciones digital de alta velocidad que esta creada para remplazar la clásica señal de 4-20 mA que aún se utiliza en muchos de los sistemas DCS (Sistema de Control Distribuido) y PLC (Controladores Lógicos Programables), instrumentos de medida y transmisión y válvulas de control. La arquitectura fieldbus conecta estos instrumentos con computadores que se usan en diferentes niveles de coordinación y dirección de la planta. Muchos de los protocolos patentados para dichas aplicaciones tiene una limitante y es que el fabricante no permite al usuario final la interoperabilidad de instrumentos, es decir, no es posible intercambiar los instrumentos de un fabricante por otro similar. Es claro que estas tecnologías cerradas tienden a desaparecer ya que actualmente es necesaria la interoperabilidad de sistemas y aparatos y así tener la capacidad de manejar sistemas abiertos y estandarizados. Con el mejoramiento de los protocolos de comunicación es ahora posible reducir el tiempo necesitado para la transferencia de datos, asegurando la misma, garantizando el tiempo de sincronización y el tiempo real de respuesta determinística en algunas aplicacion.
BENEFICIOS DE UNA RED INDUSTRIAL
Reducción de cableado (físicamente) - Dispositivos inteligentes (funcionalidad y ejecución) - Control distribuido (Flexibilidad) - Simplificación de cableado de las nuevas instalaciones - Reducción de costo en cableado y cajas de conexión - Aplicable a todo tipo de sistema de manufactura - Incremento de la confiabilidad de los sistemas de producción - Optimización de los procesos existentes.
REDES INDUSTRIALES CON PLC
Muchos sistemas están conformados por equipos de diferentes fabricantes y funcionan en diferentes niveles de automatización; además, a menudo se encuentran distanciados entre sí; pero sin embargo, se desea que trabajen en forma coordinada para un resultado satisfactorio del proceso. El objetivo principal es la comunicación totalmente integrada en el sistema. Al usuario, esto le reporta la máxima flexibilidad ya que también puede integrar sin problemas productos de otros fabricantes a través de las interfaces software estandarizadas.
En los últimos años, las aplicaciones industriales basadas en comunicación digital se han incrementado haciendo posible la conexión de sensores, actuadores y equipos de control en una planta de procesamiento.
De esta manera, la comunicación entre la sala de control y los instrumentos de campo se han convertido en realidad. La Comunicación digital debe integrar la información provista por los elementos de campo en el sistema de control de procesos.
sistemas SCADA:
Comprende todas aquellas soluciones de aplicación para referirse a la captura de información de un proceso o planta industrial (aunque no es absolutamente necesario que pertenezca a este ámbito), para que, con esta información, sea posible realizar una serie de análisis o estudios con los que se pueden obtener valiosos indicadores que permitan una retroalimentación sobre un operador o sobre el propio proceso, tales como:
Indicadores sin retroalimentación inherente (no afectan al proceso, sólo al operador):
Estado actual del proceso. Valores instantáneos;
Desviación o deriva del proceso. Evolución histórica y acumulada;
Indicadores con retroalimentación inherente (afectan al proceso, después al operador):
Generación de alarmas;
HMI Human Machine Interface (Interfaces hombre-máquina);
Toma de decisiones:
Mediante operatoria humana;
Automática (mediante la utilización de sistemas basados en el conocimiento o sistemas expertos).
Este gráfico es un ejemplo de la aplicación del sistema SCADA en áreas industriales. Éstas áreas pueden ser:
Monitorizar procesos químicos, físicos o de transporte en sistemas de suministro de agua, para controlar la generación y distribución de energía eléctrica, de gas o en oleoductos y otros procesos de distribución.
Gestión de la producción (facilita la programación de la fabricación);
Mantenimiento (proporciona magnitudes de interés tales para evaluar y determinar modos de fallo, MTBF, índices de Fiabilidad, entre otros);
Control de Calidad (proporciona de manera automatizada los datos necesarios para calcular índices de estabilidad de la producción CP y CPk, tolerancias, índice de piezas NOK/OK, etc;
Administración (actualmente pueden enlazarse estos datos del SCADA con un servidor ERP (Enterprise Resource Planning o sistema de planificación de recursos empresariales), e integrarse como un módulo más
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