Dispositivos automáticos.

Integrantes Grupo 1:

Rommel Galindo Rincón

Justo José Ramos Anahue

Diego Muños Pimentel

Orlando Zevallos Condori

Carlos Salazar chirinos

NOTA:

El trabajo será presentado en la escuela profesional de ingeniería mecánica el área de

diseño de dispositivos y matricería.

Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco

Facultad de Ingeniería Eléctrica Electrónica Informática y Mecánica

Cusco-Perú

2017

*Profesor: Juan Carlos Rivera Quispe

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 INDICE

Reseña

Introducción

1 Dispositivos automáticos

2 Automatización rígida.

3 Sistema de fabricación flexible (fms)

4 Elementos de un sistema automático

5 Componentes del sistema de control

6 Función de transferencia

7 Controladores

8 Generadores de consigna

9 Visualizadores

10 Sistema automatizado PLC

11 Estructura:

12 Unidad de control:

13 Memoria:

CONCLUSION

BIBLIOGRAFÍA

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 RESEÑA

El propósito de esta monografía es: dar a conocer todo acerca de los dispositivos automáticos y

su relación con el medio industrial ya que esto va a tomando gran parte en el desarrollo de la

industria y así mejorando la producción.

La Ingeniería de Control se preocupó desde sus orígenes de la automatización y del control

automático de sistemas complejos, sin intervención humana directa. Campos como el control de

procesos, control de sistemas electromecánicos, supervisión y ajuste de controladores y otros

donde se aplican teorías y técnicas entre las que podemos destacar: Control óptimo, control

predictivo, control robusto y control no lineal entre otros, todo ello con trabajos y aplicaciones

muy diversas (investigación básica, investigación aplicada, militares, industriales, comerciales,

etc.), las cuales han hecho de la ingeniería de control una materia científica y tecnológica

imprescindible hoy en día.

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Introducción:

Dentro del mercado de la fabricación de piezas, ha sobresalido mucho el tema de la calidad,

cantidad y tiempo.

Esto lleva a los productores a tomar nuevas formas de producción. Empezando con la

implementación e introducción de equipos y maquinas innovadoras, en este caso de dispositivos

automáticos o automatizados.

Para ello hablaremos acerca de algunas definiciones importantes para ver más en claro este

amplio tema y entender los términos usados

 1. Dispositivos Automáticos

También conocido como sistema de control automático es todo sistema de control basado en la

aplicación del concepto de realimentación o feedback (medición tomada desde el proceso que

entrega información del estado actual de las variables que se desea controlar) cuya característica

especial es la de mantener al controlador central informado del estado de las variables para

generar acciones correctivas cuando así sea necesario. Puede estar constituido por múltiples

lazos de control.

Para su funcionamiento requiere de una condición fundamental: un flujo de información

permanente de las señales de entrada. Si esto no ocurre, el control automático no existe.

Se aplica en campos tan diversos como el control de procesos químicos, control industrial de

producción basada en autómatas, máquinas herramientas, control de variables a nivel médico e

incluso en aplicaciones militares.

(José M Uriarte Anoro. IE. Sta. María de Alarcos. 2010-2011. tecnologia industrial II).

Son mecanismos que se controlan y regulan independiente mente sin la intervención de la mano

humana.

Un sistema de control automático es un sistema que modifica y regula el comportamiento de una

planta de acuerdo a un protocolo de control preestablecido mediante un ordenador y un software.

Es importante mencionar algunas definiciones para poder entender de mejor manera:

 Automática: Ciencia que trata de sustituir en un proceso al operador humano, por

dispositivos mecánicos, eléctricos o electrónicos.

 Automatización: Aplicación de la automática a los procesos industriales

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 Sistema: Conjunto de elementos que relacionados entre sí ordenadamente, contribuyen a

alcanzar un objetivo.

 Sistema automático de control: Conjunto de componentes físicos conectados o

relacionados entre sí, de manera que regulen o dirijan su actuación por sí mismos, es

decir, sin intervención de agentes exteriores, corrigiendo además los posibles errores que

se presenten en su funcionamiento.

 PLC. (Controlador lógico programable): Los PLC son utilizados en muchas industrias y

máquinas. A diferencia de las computadoras de propósito general, el PLC está diseñado

para múltiples señales de entrada y de salida, rangos de temperatura ampliados,

inmunidad al ruido eléctrico y resistencia a la vibración y al impacto. Los programas para

el control de funcionamiento de la máquina se suelen almacenar en baterías copia de

seguridad o en memorias no volátiles. Un PLC es un ejemplo de un sistema de tiempo

real «duro», donde los resultados de salida deben ser producidos en respuesta a las

condiciones de entrada dentro de un tiempo limitado, de lo contrario no producirá el

resultado deseado.

(Electrical Engineer's Reference book, 16th edition,Newnes, 2003 Chapter 16 Programmable

Controlle)

El PLC es un dispositivo electrónico que puede ser programado por el usuario y se utiliza en la

industria para resolver problemas de secuencias en la maquinaria o procesos, aumentando la

confiabilidad de los equipos.

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En la fabricación de piezas, se encuentra la fabricación automatizada que con lleva en si a todos

los dispositivos automáticos podemos hablar de:

 Fabricación automatizada rígida.

 Fabricación automatizada flexible.

2. Automatización rigida.

Tornos automáticos de levas.

Maquinas especiales de puesto fijo.
Maquinas transfer de mecanizado.

El sistema rígido realiza el optimizado para el mecanizado de un producto o una familia limitada

de piezas (sistemas específicos muy productivos.)

Es costoso adaptarlo a la fabricación de piezas distintas de la inicialmente considerada. Ya que es

adecuado para grandes volúmenes de producción. Elevados costes de diseño y preparación.

2.1. Tornos automáticos (mono husillo o multihusillo):

Sistema rígido Adecuado para grandes lotes de piezas.

Movimiento de herramientas (en general movimientos lineales alternativos) y del material,

controlado automáticamente mediante un árbol de levas.

 Es frecuente emplear herramientas especiales de forma.

 Por cada vuelta del árbol de levas se obtiene una pieza.

El material mecanizado se encuentra en forma de barra (alimentación automática).

La última herramienta realiza el tronzado de la pieza.

2.1.1. Dos tipos básicos

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 Cabezal fijo: alimentación del material en un movimiento antes de mecanizar.

 Cabezal deslizante: la barra avanza durante el mecanizado.

En los tornos multihusillo trabajan simultáneamente varias herramientas por lo que el tiempo de

fabricación es menor.

2.1.2. Clasificación según el recorrido de las pieza:

 Máquinas especiales de puesto fijo (un único puesto)

 Máquinas transfer (trabajo simultáneo en varios puestos)

 Circulares (puestos de trabajo en una mesa circular divisora)

 Lineales (disposición de los puestos lineal)

2.2. Máquinas especiales de puesto fijo

La pieza se fija en un utillaje situado en un único puesto en el que se disponen una o más

unidades de trabajo rígidas (mecanizado, montaje, etc.).

2.2.1. Máquinas transfer circulares

Al finalizar el trabajo en todos los puestos, el utillaje en el que está fijada la pieza se transfiere al

siguiente por medio del giro parcial de una mesa circular divisora.

El tamaño de la mesa limita el número de puestos.

Ejemplo: Máquina transfer circular con 3 unidades de mecanizado y 4 puestos.

La primera unidad taladra un agujero con una broca helicoidal.

La segunda realiza un avellanado de la entrada del taladro.

La tercera talla la rosca del agujero con un macho de roscar.

En el cuarto puesto se cargan y descargan las piezas.

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2.2.2. Máquinas transfer lineales

La pieza se desplaza linealmente a lo largo de la serie de puestos de trabajo. Finalmente, la pieza

puede volver al punto de partida para ser retirada o ser retirada después de la última operación.

Los utillajes con las piezas deslizan sobre unas guías de transporte.

Esta distribución permite un número de puestos teóricamente ilimitado.

(Ejemplo de maquinas transfer lineales)

Ejemplo: maquina transfer lineal con 3 unidades de mecanizado.

Las piezas se cargan y descargan al inicio de la línea.

Para ello se dispone de bloques giratorios en los extremos de la bancada.

Los utillajes en los que se fijan las piezas se desplazan sobre gias.

Sistemas de alimentación y evacuación de las piezas:

 Manual o automática.

 Utillajes especiales, a menudo complejos, que disminuyen el tiempo de manipulación

(coste amortizado para grandes lotes).

 Alimentación o evacuación por gravedad: aprovechando el peso de las piezas (es la

preferible).
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 Alimentación o evacuación forzada: cilindros neumáticos o hidráulicos, bandas

transportadoras, tolvas vibradoras (piezas pequeñas), etc.

Ventajas de las Máquinas Transfer

 Posibilidad de efectuar simultáneamente varias operaciones.

 Tiempos de ciclo muy reducidos.
 Bajo costo de mecanizado.
 Productividad elevada.

Desventajas de las Máquinas Transfer

 Grandes tiempos y costes de preparación.

 Adaptación muy costosa para mecanizados diferentes de aquellos para los cuales ha

sido proyectada. Sistemas muy rígidos.

3. Fabricación automatizada flexible.

 Control numérico. (maquinas CN.)

 Robótica.
 Vehículos auto-guiados, etc.

(Ejemplos de máquinas automatizadas flexibles)

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La fabricación incluye, además de las transformaciones (p.e. mecanizado) otras actividades como

transporte, almacenaje, verificación, embalaje, etc.

En un proceso de fabricación por mecanizado, el producto sólo está un 5% del tiempo en la

máquina-herramienta.

Un primer paso es emplear máquinas-herramienta de control numérico, pero es fundamental

incidir en la automatización de todo el proceso.

Control numérico (CN):

“Sistema que, en base a una serie de instrucciones codificadas (programa), gobierna las acciones

de la máquina o mecanismo al que le ha sido aplicado”

Sistemas de automatización reprogramables que permiten modificar fácilmente el producto

obtenido (flexibles).

Ejemplos:

 Tornos.
 Fresadoras.
 Taladradoras.
 Rectificadoras.
 Plegadoras.
 Prensas.
 Cizallas.
 Máquinas de soldar.
 Máquinas de corte por láser, chorro de agua, etc.

Posibles acciones automatizadas mediante CN:

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 Movimientos de carros y cabezal.

 Control de valor y sentido de velocidades de avance y corte.

 Cambios de herramientas y pieza a mecanizar.

 Control de lubricación, refrigerante, etc.

 Control del estado de funcionamiento (averías, etc.).

Tornos de control numérico y centros de torneado

Un Torno CNC está destinado a realizar operaciones de torneado (movimiento de corte: giro

pieza). Incluye el cambio automático de herramientas.

Un centro de torneado dispone de herramientas motorizadas por lo que puede realizar tanto

tareas de torneado como operaciones con herramienta rotativa (fresado, taladrado, etc.).

3.1. Elementos de un sistema flexible de fabricación

Estaciones de trabajo

Estaciones de carga y descarga: conexión entre el FMS y el resto de la fábrica, para entrada de

materia prima y salida de productos transformado.

 Estaciones de mecanizado.

 Otras estaciones de procesamiento: hornos, forjas para dar forma, etc-

 Estaciones de ensamblaje

 Otros equipos y estaciones: máquinas de medición de coordenadas, sistemas de

visión, sistemas de limpieza, de refrigeración, etc.

Sistemas de transporte y almacenamiento de material

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Deben permitir un movimiento libre entre las estaciones, transportar distintos productos (formas

distintas), almacenar temporalmente productos que esperan a ser procesados, facilitar la carga y

descarga y deben ser compatibles con el sistema de control por ordenador.

Sistema de control por ordenador

El FMS incluye posee un ordenador central y ordenadores en las máquinas.

La misión del ordenador central es la de coordinar las actividades de los diferentes

componentes para lograr un funcionamiento global del sistema: control de las máquinas, control

de la producción, control del tráfico de piezas, monitorización de piezas, control de herramientas,

etc.

Recursos humanos

Aunque el sistema está automatizado, siempre es necesaria la intervención humana.

Tareas que desempeñan los operarios: cambio y ajuste de herramientas, mantenimiento y

reparación de máquinas y equipos, programación de las máquinas de CN, control del sistema

informático, etc.

4. Elementos de un sistema automático

En todo sistema automático hay tres elementos fundamentales: Las entradas, la unidad de control

y las salidas.

Entradas: Recogen información sobre el entorno del automatismo. Se realizan normalmente

mediante sensores.

Unidad de control: Interpreta las señales procedentes de las entradas y en función de las

mismas, controlan las salidas.

Salidas: Influyen en el entorno del sistema automático mediante los actuadores.

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Dentro del sistema de control tenemos dos tipos:

4.1. Sistemas de lazo abierto

En este tipo de sistemas, el mecanismo de control se ajusta previamente según la respuesta

se desea.

(representación esquemática del sistema de lazo abierto)

Un ejemplo característico es el horno microondas: Mediante los botones seleccionamos la

potencia y el tiempo. Cuando metemos el alimento y cerramos la puerta, el microondas se pone

en marcha según los parámetros programados. Cuando termina el tiempo, el horno separa aunque

no se haya conseguido la temperatura deseada.

Otro ejemplo sería el de un semáforo: Un reloj controla el funcionamiento de las luces según los

tiempos programados, independientemente de si hay coches o no en la calle.

Los sistemas de lazo abierto funcionan aunque la respuesta que produzca no se ajuste a lo

esperado. La salida no tiene efecto sobre el sistema. Se trata de automatismos no

retroalimentados.

4.2. Sistemas de lazo cerrado

En ellos existe un sensor capaz de regular el mecanismo de control en función de la respuesta del

sistema.
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(representación esquemática del sistema lazo cerrado)

Un ejemplo de este tipo de sistemas sería el aire acondicionado: Una vez establecida la

temperatura de la habitación, existe un termostato que actúa como elemento de control y que se

encarga de conectar y desconectar el aire según los niveles que envía un sensor de temperatura

que hay en el interior del aparato.

5. Función de transferencia

Es la expresión matemática que, en un bloque, relaciona la variable de salida con la variable de

entrada.

6. Componentes del sistema de control

Dispositivo de entrada de ordenes: son los que permiten al operador la entrada de datos y

ordenes al sistema.

 Los elementos binarios: los que permiten la entrada de ordenes de tipo simultaneidad

 Los elementos numéricos y alfanuméricos: permiten la entrada de números y letras.

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Dispositivo de entrada de información: son constituidos básicamente por sensores

Controlador: constituye el sistema de tratamiento de la información del proceso, i establece la

manera de cómo se tienen que combinar las entradas de información

Dispositivos de salida de información: Son los que se comunican con el operador

Actuadores y pre actuadores: encarrgados de operar sobre el proceso, y a veces no van

directamente conectados al controlador i requieren pre actuadores

7. Controladores

El controlador es un elemento fundamental del bucle de control, ya que determina el

comportamiento del bucle condicionando la reacción del elemento actuador ante una desviación

de la variable regulada respecto a la de control. Se divide en:

 Controlador de accion proporcional: Acelera la respuesta del proceso controlado

Y produce un “offset” (exepto integradores puros).

Psal=Kpe(t) ; donde :

P : accion de control

Kp: constatnte de proporcionalidad

e(t): señal de error

 Controlador integral: Elimina todo offset, eleva las desviaciones máximas produce

respuestas arrastradas y largas oscilaciones, el aumento de Kc aumenta acelera la

respuesta pero produce más oscilaciones y puede llegar a desestabilizar el sistema.

Isal
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 Controlador derivativo: Anticipa el error y actúa en función del error que iría a ocurrir,

estabiliza la respuesta de bucle cerrado.

 Controladores PID: Su objetivo es tener todas las ventajas de los otros 3 y superar sus

deficiencias.

8. Generadores de consigna

8.1. Comparador: también llamado detector de error, es un dispositivo encargado de

comparar el valor de referencia con un valor de medida de salida, mediante un trasductor

de realimentación.

8.2. Actuador: es un dispositivo inherentemente mecánico cuya función es

proporcionar fuerza para mover o “actuar” otro dispositivo mecánico. La fuerza que

provoca el actuador proviene de tres fuentes posibles: Presión neumática, presión

hidráulica, y fuerza motriz eléctrica.

Dependiendo de el origen de la fuerza el actuador se denomina “neumático”, “hidráulico”

o “eléctrico”

9. Visualizadores

Se le llama visualizador al aparato que permite ver y mostrar información de ciertos

aparatos electrónicos como la caja registradora, una calculadora, etc.

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(Ejemplo de un visualizador)

10. Sistema automatizado PLC

Los Controladores Lógicos Programables son máquinas secuénciales que ejecutan

correlativamente las instrucciones indicadas en el programa de usuario almacenado en su

memoria, generando unas órdenes o señales de mando a partir de las señales de entrada

leídas de la planta (aplicación): al detectarse cambios en las señales, el autómata

reacciona según el programa hasta obtener las órdenes de salida necesarias. Esta

secuencia se ejecuta continuamente para conseguir el control actualizado del proceso.

10.1. Ciclo de funcionamiento: El funcionamiento del Controlador Lógico

Programable es, salvo el proceso inicial que sigue a un Reset, de tipo secuencial y cíclico,

es decir, las operaciones tienen lugar una tras otra, y se van repitiendo continuamente

mientras el autómata esté bajo tensión.

11. Estructura:
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(estrctura esquematica de un automata programable plc)

12. Unidad de control: Tiene la función de consultar el estado de las entradas y ejecutar las

instrucciones del programa que se envían a las salidas o al proceso.

El microprocesador es el elemento principal de la CPU.

La ejecución tiene un ciclo llamado scan y estas son:

 Lectura de entradas

 Ejecución de programa

 Copia de tabla de imágenes de salida

 Inicio de un nuevo ciclo

13. Memoria: Existen varios tipos de memorias.

 RAM. Memoria de lectura y escritura.

 ROM. Memoria de solo lectura, no reprogramable.

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 EPRON. Memoria de solo lectura, reprogramables con borrado por ultravioletas.

 EEPRON. Memoria de solo lectura, alterables por medios eléctricos

(Memorias para un elemento plc “controlador logico programable”)

CONCLUSION

 Los sistemas de automatización van evolucionando acorde a la tecnología y cada

vez asiendo más usados por la industria de la producción y asta en los proyectos

espaciales de la nasa
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BIBLIOGRAFÍA

 SISTEMAS AUTOMÁTICOS DE CONTROL http://ieshuelin.com/

 Automatización Industrial, Julio C. Tafur, Ph.D., Ing. PUCP

 Controlador lógico programable-PLC http://www.efn.uncor.edu/