Estudio del proceso de automatización de las estaciones de trabajo de una línea de producción industrial

Titulación: Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Alumno: Anssony Jhoel Balaguera Gómez Enunciado TFG: Estudio del proceso de automatización de las estaciones de trabajo de una línea de producción industrial Director/a del TFG / TFM: Miguel Delgado Prieto Codirector/a del TFG / TFM: Ángel Fernández Sobrino Convocatoria de entrega del TFG: 13 de Enero del 2021 Balaguera Gómez, Anssony Jhoel 2 I declare that, The work in this Degree Thesis is completely my own work, no part of this Degree Thesis is taken from other people’s work without giving them credit, all references have been clearly cited, I’m authorised to make use of the research group related information I’m providing in this document. I understand that an infringement of this declaration leaves me subject to the foreseen disciplinary actions by The Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTECH Anssony Jhoel Balaguera Gómez Student Name Signature 13/01/2021 Date Title of the Thesis: Estudio del proceso de automatización de las estaciones de trabajo de una línia de producción industrial Estudio del proceso de automatización de las estaciones de trabajo de una línea de producción industrial 3 Contenidos Agradecimientos ........................................................................................................................... 5 Resum (CAT) ................................................................................................................................ 6 Resumen (ESP) ............................................................................................................................ 7 Abstract (ENG) ............................................................................................................................. 7 1. Introducción .............................................................................................................................. 8 1.1. Justificación .................................................................................................................... 8 1.2. Requisitos ....................................................................................................................... 8 1.3. Alcance del proyecto ...................................................................................................... 9 1.4. Objetivo .......................................................................................................................... 9 2. Consideraciones previas .......................................................................................................... 11 2.1. Automatización Industrial ............................................................................................ 11 2.2. Controlador lógico programable ................................................................................... 12 2.3. Lenguajes de programación .......................................................................................... 20 2.4. Tipos de Variables. ....................................................................................................... 28 3. Caso de estudio ....................................................................................................................... 31 4. Análisis y fase de automatización ........................................................................................... 32 4.1 Componentes del laboratorio ......................................................................................... 37 4.2 Descripción de las zonas del laboratorio ....................................................................... 41 4.3 Análisis de las líneas del laboratorio .............................................................................34 4.4 Análisis del programa base ............................................................................................37 4.5 Deficiencias....................................................................................................................37 4.6 Limitaciones...................................................................................................................41 5. Validación ............................................................................................................................. 511 5.1 Pruebas Funcionales ......................................................................................................51 5.2 Pruebas Operacionales ...................................................................................................51 6. Conclusiones............................................................................................................................ 54 7. Presupuesto ............................................................................................................................. 55 Balaguera Gómez, Anssony Jhoel 4 Bibliografia ................................................................................................................................. 56 Índice de figuras .......................................................................................................................... 58 Índice de tablas ............................................................................................................................ 59 Estudio del proceso de automatización de las estaciones de trabajo de una línea de producción industrial 5 Agradecimientos En este apartado quiero dar las gracias a Sandra Balaguera, mi madre, no puedo hablar de ella sin que aparezca un nudo en mi garganta y una amplia sonrisa, mezcla de orgullo, amor y admiración. Gracias por enseñarme, educarme y mostrarme tu cariño cada día. Por ponernos a todos por delante de tus necesidades. Por tus bromas y sorpresas, por tu comprensión y también por tú exigencia. Porque no hubiera podido llegar tan lejos sin tu apoyo, sin tu amor, sin tu confianza en mí. Cada vez que estuve a punto de rendirme siempre estuviste para convencerme de que lo que yo deseara lo podría lograr, que confiara en mí y llegaría a mi meta. Y así fue, gracias a tu apoyo incondicional. Te amo Mamá. Quiero agradecer también a mis familiares por los ánimos brindados durante este tiempo. A mis amigos, en especial a Andrés Hernández y Pol Rodríguez con los que he compartido demasiadas horas de estudio, risas, lágrimas pero sobre todo buenos momentos. A mi pareja Marina Montaner, por su apoyo, paciencia, comprensión y ayuda durante toda la realización de este Trabajo. Balaguera Gómez, Anssony Jhoel 6 Resum (CAT) El següent projecte s’ha basat en l’estudi i validació d’un sistema de processos i etapes del Laboratori d’Automatització Industrial de Schneider Electric, a l’Escola Superior d’Enginyeria Industrial, Aeroespacial i Audiovisual de Terrassa, de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC). Concretament el procés està format per diferents cintes transportadores que simulen el transport de safates en les que es carreguen o descarreguen les matèries primes amb les que es treballa. Aquest sistema està format per diferents plataformes i retenidors, que mitjançant la gestió d’aquests permetrà controlar el recorregut que realitzin les safates. Resumen (ESP) El siguiente proyecto se ha basado en el estudio y validación de un sistema de procesos y etapas del Laboratorio de Automatización Industrial de Schneider Electric, en la Escuela Superior de Ingeniería Industrial, Aeroespacial y Audiovisual de Terrassa, de la Universidad Politécnica de Catalunya (UPC). Concretamente el proceso está formado por diferentes cintas transportadoras que simulan el transporte de bandejas en las que se cargan o descargan las materias primas con las que se trabaja. Este sistema está formado por diferentes plataformas y retenedores, que mediante la gestión de estos permite el control del recorrido que realizan las bandejas. Estudio del proceso de automatización de las estaciones de trabajo de una línea de producción industrial 7 Abstract (ENG) This project is based on the study and validation of a stages and process system belonging to the Industrial Automation Laboratory of Schneider Electric, in the Escuela Superior de Ingeniería Industrial, Aeroespacial y Audiovisual de Terrassa, de la Universidad Politécnica de Catalunya (UPC). In particular, the process consists of different conveyor belts that simulate the transport of trays which can be loaded or unloaded with the raw materials suitable for further manufacturing. This system is composed by different platforms and retainers, thanks to which the control of the trays’ route is possible. Balaguera Gómez, Anssony Jhoel 8 1. Introducción 1.1. Justificación La elección de este trabajo se basa en el interés por la Automatización Industrial, ya que es una gran oportunidad contar con una celda industrial del laboratorio de Schneider de la Universitat Politènica de Catalunya (UPC), con la que se podrá consolidar y ampliar las competencias obtenidas en las asignaturas cursadas de este ámbito. Esto facilita la familiarización con el funcionamiento de las líneas automatizadas presentes en gran parte de la industria actual ya que actualmente la automatización industrial está en el umbral de una nueva revolución, atravesando rápidos cambios tecnológicos, adoptando nuevos sistemas y arquitecturas de redes y apuntando a la interoperabilidad de dispositivos y sistemas. El mundo de automatización industrial ha sido tradicionalmente renuente a la innovación o a la adopción temprana de modernas tecnologías. La mayoría de las veces, las empresas de este segmento se han inclinado por tecnologías y estándares probados para garantizar operaciones seguras y consistentes a lo largo del tiempo. Sin embargo, los acontecimientos han comenzado a cambiar radicalmente con el advenimiento de la Industria 4.0 y sus cambios incrementales de tecnología, la rápida adopción de nuevos sistemas y arquitecturas de redes aumentadas. Estos elementos han permitido facilitar la actividad laboral de los trabajadores, mejorar los tiempos de ciclo, calidad del proceso, competitividad de la empresa, el mantenimiento de los equipos, reduce el coste de producción y a la vez optimiza los recursos. Es por todo lo mencionado anteriormente que me gustaría formar parte de estos avances tecnológicos que se desarrollan en la actualidad en el mundo de la Automatización Industrial. 1.2. Requisitos Para la realización correcta de este trabajo se deben de tener en cuenta los siguientes requisitos. - Utilización del programa Unity Pro XL, software de programación para PLC’s de gamas Modicon Premium, Atrium y Quantum. Estudio del proceso de automatización de las estaciones de trabajo de una línea de producción industrial 9 - Conocimientos sobre buses de campo y redes Ethernet. - Elementos del laboratorio de Automatización de Schneider: células de trabajo, sensores inductivos, actuadores, PLC’s, islas Advantys, electro válvulas, pistones neumáticos, etc 1.3. Alcance del proyecto Para poder realizar el objetivo principal de este trabajo, considerando las tareas principales, se han definido los siguientes puntos. - Estudio y comprensión de arquitectura OT (Tecnología de la operación) e IT (Tecnología de la información) del laboratorio. - Identificación de los dispositivos en el laboratorio en referencia a la pirámide CIM (manufactura integrada por computador) clásica. - Documentación de todos los cuadros de conexionado de los PLC’s. - Documentación y corrección de los códigos de los PLC’s. - Diseño de mejora sobre la programación. - Implementación de la mejora sobre el código. - Simulación. - Validación en laboratorio. - Documentación. 1.4. Objetivo El principal objetivo de este Proyecto de Final de Grado es el estudio de las diferentes etapas necesarias a la hora de implementar un automatismo programado sobre un proceso industrial, que abarca desde el diseño, la integración, la programación hasta la posterior validación. Se realizará en el laboratorio de automatización de Schneider Electrics de la Escola Superior d’Enginyeries Industrials, Aeroespacial i Audiovisual de Terrassa (ESEIAAT), donde se dispondrá de una célula industrial que permitirá desplegar un marco de automatización basado en la industria 4.0. Para llegar a cumplir el objetivo mencionado, se trabajaran tres etapas principales: Balaguera Gómez, Anssony Jhoel 16 FUNCIONAMIENTO 10 • bus de direcciones, para aquellas transferencias entre celdas donde se habían guardado datos • bus de control, para las señales de control de los componentes internos • bus de sistema, para conectar los puertos con los módulos de E/S. Memoria: Es el lugar donde se guardan los datos y las instruccions, esta se divide en memoria permanente, PM, y memoria operacional, la RAM. La primera, la PM, se basa en las ROM, EPROM, EEPROM o FLASH; es donde se ejecuta el sistema de operación del PLC y puede ser reemplazada. Sin embargo, la RAM, es donde se guarda y ejecuta el programa en cuestión utilizado y es la de tipo SRAM la que se utiliza habitualmente. La condición común para las entradas de dos componentes digitales de un PLC se guarda en una parte de la RAM y se denomina tabla PII o entrada imagen de proceso. La salida controlada, o el último valor de la salida calculado por las funciones lógicas, se guardan en la parte de la RAM denominada tabla PIO, salida de la imagen del proceso. El programa utilizado también puede guardarse en una memoria externa permanente (EPROM o EEPROM) que, para ciertos PLCs, puede ser un módulo externo que se coloca en una toma del panel frontal. Módulos E/S: son aquellos Módulos de Señal (SM), que coordinan la entrada y salida de las señales, con aquellas internas del PLC. Estas señales pueden ser digitales (DI, DO) y analógicas (AI, AO), y provienen o van a dispositivos como sensores, interruptores, actuadores, etc. Los módulos de entrada recaptan la información del estado de las señales de entrada, y en función de estas señales, por órdenes de programa, ejecutan la activación de las salidas correspondientes del módulo de salidas. 2.1.3.2. Bastidor El bastidor, es un elemento sobre el que se montan todos los módulos del PLC. Dispone de ranuras donde se introduce el módulo correspondiente. El bastidor se encarga de que mecánicamente los módulos estén correctamente fijados, y también de las interconexiones eléctricas necesarias entre ellos. Estudio del proceso de automatización de las estaciones de trabajo de una línea de producción industrial 17 2.1.4. Tipos PLC’s Actualmente podemos encontrar diferentes tipos de PLC en el mercado de los que destacan los siguientes:  Modular  Compactos  Montaje en Rack  Con panel operador  Ordenador industrial  De ranura  Tipo Software  Banda estrecha  Banda baja Aunque los dos tipos más comunes son el compacto y el modular. 2.2.4.1. Compacto Un PLC es compacto cuando todas sus partes se encuentran en la misma caja, compartimiento o chasis. Los PLC compactos suelen ser los más baratos y pequeños, pero tienen la desventaja de sólo poder ampliarse con muy pocos módulos. Figura 4. PLC compacto 2.2.4.2. Modular Un PLC es modular cuando se pude componer o armar en un bastidor o base de montaje, sobre el cual se instalan la CPU, los módulos de entradas/salidas y los módulos de comunicaciones si fueran necesarios, entre otros. Balaguera Gómez, Anssony Jhoel 18 La principal ventaja de un PLC modular es que el usuario puede componer su equipo como sea necesario, y luego puede ampliarlo si su aplicación lo requiere. También suelen poseer instrucciones más complejas, un lenguaje de programación más potente y posibilidades de comunicaciones. La desventaja es que suele ser un poco más caro y voluminoso que el integral. Figura 5. PLC Modular 2.2.5. Funcionamiento de un PLC Un PLC funciona de manera cíclica, ejecutando los siguientes passos: - Cada ciclo comienza con un trabajo interno de mantenimiento del PLC como el control de memoria, diagnostico etc. Esta parte del ciclo se ejecuta muy rápidamente de modo que el usuario no lo perciba. - El siguiente paso es la actualización de las entradas. Las condiciones de la entrada de los SM se leen y convierten en señales binarias o digitales. Estas señales se envían a la CPU y se guardan en los datos de la memoria. - Después, la CPU ejecute el programa del usuario, el cual ha sido cargado secuencialmente en la memoria (cada instrucción individualmente). Durante la ejecución del programa se generan nuevas señales de salida. - El último paso es la actualización de las salidas. Tras la ejecución de la última parte del programa, las señales de salida (binaria, digital o analógica) se envían a la SM desde los datos de la memoria. Estas señales son entonces convertidas en las señales apropiadas para las señales de los actuadores. Al final de cada ciclo el PLC comienza un ciclo nuevo. En la siguiente figura se muestra el cicló de Scan de un PLC. Estudio del proceso de automatización de las estaciones de trabajo de una línea de producción industrial 19 Figura 6. Ciclo de Scan de un PLC Respecto al tiempo de reacción entre un determinado evento, debemos mencionar que este dependerá del tipo de ejecución de un ciclo del programa aplicado. De este modo, se define tiempo de reacción como aquel desde el momento de ocurrencia de un evento hasta el momento en el que se envía la correspondiente señal de control a la salida del PLC, como puede observarse en la siguiente figura. Figura 7. Tiempo de reacción de un PLC Finalmente es interesante saber que los PLCs modernos tienen la capacidad de operar bajo un modo de multitareas. Por ejemplo, un PLC puede trabajar simultáneamente en dos tareas diferentes (utilizando programas distintos). 2.2.6. PLC MODICON M340 El modelo de PLC que se ha utilizado en este proyecto es el MODICON M340, Es un PLC extremadamente compacto, incluye toda la flexibilidad y los servicios de un Balaguera Gómez, Anssony Jhoel 20 autómata de gama alta. En el centro de la aplicación, ofrece soluciones integradas de Plug&Work con otros dispositivos Telemecanique. Directamente sobre su escritorio, la gran capacidad de la oferta Unity facilita y reduce el tiempo de programación. Modicon M340 en su fecha de lanzamiento (2007) era conocido como el pequeño gigante. Figura 8. MODICON M340. 2.3. Lenguajes de programación El software de Unity Pro XL permite utilizar diferentes tipos de lenguajes de programación, però en este proyecto solo se presentarán los que se han utilizado. 2.3.1. Diagrama de contactos o Ladder Fue el primer lenguaje de programación que surgió con los PLC. Se programa mediante símbolos gráficos y en diferentes segmentos mediante contactos eléctricos que, unidos, terminan formando una sentencia lógica. Estos segmentos se ejecutan secuencialmente, de arriba abajo y de derecha a izquierda. Un ejemplo de programación con lenguaje Ladder sería: Estudio del proceso de automatización de las estaciones de trabajo de una línea de producción industrial 21 Figura 9. Ejemplo programación con lenguaje LD Los elementos más importantes son los que se muestran en la tabla siguiente: Nombre Símbolo Función Contacto NA Se activa cuando hay un uno lógico en el elemento que representa. Contacto NC Se activa cuando hay un cero lógico en el elemento que representa. Balaguera Gómez, Anssony Jhoel 22 Flanco positivo Transfiere conexión en la transición de estado 0 a 1 de la variable asociada, durante un ciclo de scan. Flanco negativo Transfiere conexión en la transición de estado 1 a 0 de la variable asociada, durante un ciclo de scan. Bobina Se activa cuando hay conexión en la entrada, y se transfiere a la salida. Bobina Set Una vez activa (puesta a 1) no se puede desactivar (puesta a 0) si no es por su correspondiente bobina en RESET. Sirve para memorizar bits. Bobina Reset Una vez desactivada (puesta a 0) no se puede activar (puesta a 1) si no es Estudio del proceso de automatización de las estaciones de trabajo de una línea de producción industrial 23 por su correspondiente bobina en SET. Sirve para memorizar bits. Bobina negativa Se activa cuando hay conexión a la entrada. Su estado de activación es 0. Cuando no está activa, el estado de la variable asociada es 1. Temporizador TON Temporizador con retardo a la conexión:  IN: cuando se produce conexión a esta entrada empieza a contar el tiempo.  Q: salida del temporizador. Se activa una vez transcurre el tiempo.  PT: tiempo establecido.  ET: tiempo actual. Balaguera Gómez, Anssony Jhoel 24 Temporizador TOF Temporizador con retardo a la desconexión:  IN: cuando se produce conexión a esta entrada empieza a contar el tiempo.  Q: salida del temporizador. Se activa cuando recibe conexión en la entrada IN. Se desactiva una vez transcurre el tiempo.  PT: tiempo establecido.  ET: tiempo actual. Contador CTUD Contador incrementa/decremental:  CU: incrementa contador.  CD: decrementa contador.  R: reset contador.  LD: cargar valor al contador.  PV: valor de preselección del contador.  CV: valor actual de conteo.  QU: activación Estudio del proceso de automatización de las estaciones de trabajo de una línea de producción industrial 25 salía cuando se realiza un conteo en CU.  QD: activación salía cuando se realiza un conteo en CD Tabla 1. Elementos comunes programación Ladder. 2.3.2. Texto Estructurado (ST) El texto estructurado consta de una serie de instrucciones de control, bucles, entre otros, que, según se determina en los lenguajes de alto nivel, permite una multitud de posibilidades de programación distinta, y aporta más robustez a las aplicaciones, ya que tiene menos restricciones que el resto de lenguajes. Un ejemplo de programación con lenguaje ST sería: Figura 10. Ejemplo programación con ST Las funciones más importantes son las que se muestran en la tabla siguiente: Balaguera Gómez, Anssony Jhoel 32 DIR08 para llegar a la plataforma PT17 y dirigirse al RT15 para volver a entrar en el sistema y poder extraer la carga. Al estar la bandeja vacía, no será tratada en las estaciones de trabajo y volverá a entrar por la plataforma PT15 a la línea CAN. En la plataforma PT16 se desviará a DIR07 rumbo a PT06, en caso de que las estaciones DIR05, DIR06 y PT06 estén libres. Si no, volverá hacia el RT15. 4. Análisis y fase de automatización 4.1 Componentes del laboratorio El laboratorio donde se ha realizado este estudio está formado por diferentes componentes que serán explicados a continuación:  Cintas transportadoras: Encargadas del movimiento de las bandejas, permite su traslado.  Motores trifásicos: Encargados del movimiento de las cintas y cadenas.  Sensores inductivos: Encargados de detectar elementos metálicos. En nuestro sistema podemos diferenciar tres tipos: - Normales (DI): Sensores encargados de detectar una pieza metálica ubicada en el lateral de las bandejas cuando una plataforma está bajada. - Retenedores (DIR): Sensores inductivos con un retenedor. Permiten detectar la llegada de una bandeja y retenerla en caso de que su destino se encuentre ocupado. - Basculantes (DIB): Sensores encargados de detectar la llegada o la salida de una bandeja en una plataforma. Estos se encargan de activar o desactivar el sensor inductivo (DIR).  Electroválvulas: Encargadas de accionar los retenedores o plataformas a través de la neumática.  Plataformas (PT): Elementos situados en las intersecciones. Permiten cambiar o realizar correctamente el flujo entre las zonas mediante la subida o bajada según convenga en cada caso. Estudio del proceso de automatización de las estaciones de trabajo de una línea de producción industrial 33  Retenedores (RT): Elementos que se encargan de retener las bandejas mediante las electroválvulas.  Pulsadores: Es un elemento de control, que permite el paso o la interrupción de la corriente eléctrica dependiendo de su estado. Cuando este se acciona, permite el paso de la corriente, mientras que cuando no se actúa sobre él, este vuelve a su posición inicial impidiendo el paso de esta.  Seta emergencia: elemento permite realizar una para da en una situación de emergencia. El mecanismo incorpora un enclavamiento que mantiene el estado una vez accionado. 4.2 Descripción de las zonas del laboratorio El laboratorio tal y como se muestra en la figura 13 se divide en cuatro zonas dependiendo del PLC de control que tienen y el tipo de comunicación:  Línea CAN (zona verde): Controlada por un PLC Modicon M340 tal y como se explica en el punto 2.2.6. Esta línea está dedicada a la entrada de bandejas, la carga de materias primas en las bandejas y la salida de los productos finalizados.  Línea Ethernet o Pulmón: Automatismo donde se almacenan las bandejas, controlado también por un PLC de Modicon M340.  Línea Profibus: Controlada por un PLC Modicon M251 fabricado ptambién por Schneider. Esta línea se dedica a la manipulación de la materia prima para transformarlo en tres tipos productos de tres tipos mediante las estaciones de trabajo.  Línea ASCI: Controlada por un PLC, Formada mediante una pinza para coger bandejas y trasladarlas a la zona CAN. Este proyecto solo se centrará en el proceso referente a la Línea CAN y la línea ASCI, por lo que solo se tendrán en cuenta los dos PLC’s Modicon M340. Dónde ha sido necesaria la utilización del programa de Unity Pro XL, en el cuál se ha analizado el programa base. Balaguera Gómez, Anssony Jhoel 34 4.3 Análisis de las líneas del laboratorio Para poder entender, analizar y programar posteriormente, es necesario hacer un diagrama de flujos o Grafcet, que se compone de varios elementos en un flujo de trabajo lógico. Estos elementos se distribuyen en etapas, acciones asociadas y transiciones, todo a través de procesos secuenciales. Cada una de estas etapas dan lugar al desarrollo de una o diversas acciones. 4.3.1 Diagrama de flujo de una Plataforma/Retenedor Para la programación de estos elementos se han tenido en cuenta los posibles estados en los que se pueden encontrar.  Reposo: Estado inicial de todos los elementos, sucede cuando el sensor no detecta ningún movimiento.  Petición: Estado en el que el sensor detecta una bandeja. Provocando consultar el estado de la siguiente plataforma o retenedor. Cuando este/a se encuentran libres, este estado permite el movimiento de la bandeja.  Avance: Estado en el que una bandeja se encuentra en movimiento, hasta llegar a la siguiente posición. A continuación se observa el diagrama de flujo de una Plataforma/Retenedor. Figura 14. Diagrama de flujos de una Plataforma/Retenedor Estudio del proceso de automatización de las estaciones de trabajo de una línea de producción industrial 35 Tratándose de un sistema donde pueden intervenir varias bandejas, se puede encontrar el caso de que la plataforma/retenedor se encuentre en dos estados a la vez.  Avance/Reposo: Cuando la plataforma/retenedor se encuentra en avance, únicamente se activa la salida de esta/e durante un pequeño tiempo hasta que el sensor deja de detectar, ya que la bandeja dispone de una ranura en el costado que hace que el retenedor bloquee la bandeja. Una vez pasado, el retenedor vuelve a subir, y por seguridad no bloqueará la bandeja ni el sensor la detectará, asegurándose de que no haya ninguna colisión en el sistema. Cuando se deja de detectar, el retenedor pasa a estar en reposo cuando la bandeja llega a la siguiente estación.  Avance/Petición: Se produce cuando la bandeja está en movimiento hacia la siguiente posición y se detecta la bandeja de la posición anterior, entonces el retenedor pasa a estado petición, sin desactivar el avance, ya que no ha llegado a la siguiente estación. Cuando llega a la siguiente posición se desactiva el avance, y permanece en petición hasta que la siguiente estación esté disponible. Balaguera Gómez, Anssony Jhoel 36 4.3.2 Diagrama de flujo de la Línea CAN La Línea CAN está formada por diferentes retenedores y plataformas tal y como se muestra en la figura 13. A continuación se encuentra el diagrama de flujos donde se observa el recorrido de las bandejas y sus diferentes etapas. Figura 15. Diagrama de flujos de la línea CAN Estudio del proceso de automatización de las estaciones de trabajo de una línea de producción industrial 37 4.4 Análisis del programa base Una vez creados los diagramas de flujos que nos permitirán un mejor entendimiento del programa base, se ha procedido al análisis de este, donde se ha centrado en dos puntos importantes: 1. Deficiencias del programa base: En este punto se ha centrado en la parte de programación, donde se ha encontrado un código extenso con repeticiones idénticas del mismo, además de declaraciones excesivas de variables. Por lo tanto, el objetivo de esta parte es intentar simplificar de manera óptima el programa, haciéndolo más ordenado y entendible, para que en un futuro la modificación sobre este sea mucho más fácil. 2. Limitaciones del programa base: En este punto se ha estudiado la estructura del código, y se ha observado que presenta una difícil modificación del proceso de automatización sobre los componentes del sistema (actuadores, retenedores, plataformas…). Por lo tanto el objetivo de este punto es la transformación del código para que en una futura modificación, sea sencillo añadir cualquier componente a nuestro sistema, sin tener que realizar grandes cambios sobre el programa principal. 4.5. Deficiencias Llegamos a uno de los puntos más complicados del proyecto, de los que se ha dedicado un mayor tiempo, y de los más complejos en el trabajo de un ingeniero. Ya que cuando te pones delante de la programación realizada por otro, si no está bien organizado y estructurado, conlleva demasiado tiempo entenderlo. Es por ello que, como se ha comentado anteriormente el objetivo principal es tener un código estructurado y bien organizado, donde en un futuro facilite el trabajo del ingeniero para cualquier tipo de modificación. 4.5.1. Secciones del programa Se observa que no sigue una estructura clara organización en las secciones del programa. Debido a que hace una mezcla de todos los archivos que contienen programación y esto provoca un mayor tiempo para el entendimiento. Balaguera Gómez, Anssony Jhoel 38 Figura 16. Secciones programa antiguo En el caso del nuevo programa, con tal de mejorar este aspecto, se ha agrupado y organizado de manera que se haga más entendible la estructura. Podemos ver que tanto para las plataformas como los retenedores, cada uno tiene su programación correspondiente en LD y ST, cosa que facilita la recerca de los archivos correspondientes a cada componente. Figura 17. Ejemplo estructuración del programa modificado 4.5.2. Variables globales del programa En este apartado se observa la diferencia entre ambos programas, y la mejora realizada sobre el programa base. Ya que en esta mejora se refleja un mejor orden con respecto a las variables creadas, con el objetivo de optimizar el programa. Estudio del proceso de automatización de las estaciones de trabajo de una línea de producción industrial 39 Las imágenes que veremos a continuación, reflejan una mezcla de todas las variables del programa base, Figura 18. Tabla variables programa base 1 Figura 19. Tabla variables programa base 2 Balaguera Gómez, Anssony Jhoel 40 Figura 20. Tabla variables programa base 3 En las siguientes figuras se observará la modificación y organización realizada:, donde cada componente mediante una estructura, tiene sus propias variables, cosa que nos permite poder acceder y/o modificar alguna sin dedicar demasiado esfuerzo. Figura 21. Tabla datos programa actualizado Estudio del proceso de automatización de las estaciones de trabajo de una línea de producción industrial 41 En esta imagen se ven también los datos organizados del mismo tipo, donde podemos ver los sensores, y es bastante fácil poder acceder a ellos. Figura 22. Tabla variables programa actualizado Como se puede apreciar en las figuras anteriores de los proyectos, el cambio en la estructura ha cambiado y ahora, es bastante más intuitiva que antes. Debido a la separación de las secciones del programa, podemos asegurar que en futuras modificaciones cosas mucho más fáciles. Lo que provoca menos horas de entendimiento, y, por tanto, menos dinero destinado a horas perdidas. Además, con la diferenciación entre tablas de variables, es mucho más fácil poder encontrar una variable que se desee modificar o eliminar. 4.6. Limitaciones En este punto, como se ha comentado anteriormente, se ha estudiado la estructura del código, y se ha modificado la programación, creando objetos como retenedores y plataformas mediante estructuras para facilitar futuras modificaciones como añadir cualquier componente a nuestro sistema, sin tener que realizar grandes cambios sobre el programa principal. Balaguera Gómez, Anssony Jhoel 48 Figura 34. Programación de un retenedor en el programa base Estos retenedores igual que las plataformas se controlan mediante 3 secciones llamadas Control (programada en LD), Seguimiento y almacenaje de datos programadas en ST. Figura 35. Secciones del Retenedor En nuestro caso, se han creado estructuras de datos para poder crear una retenedor mediante una variable de tipo Retenedor, donde dentro de ella, se incluyen todas las variables de estado, tal y como se muestra a continuación. Figura 36. Creación del Retenedor 1 Estudio del proceso de automatización de las estaciones de trabajo de una línea de producción industrial 49 Figura 37. Creación del Retenedor 2 Figura 38. Retenedor creado en lenguaje LD Tal y como se observa en las imágenes siguientes, de cada una de las secciones, solo es necesario estas líneas de programación, y no hace falta tener que repetirlas para cada retenedor que se quiera controlar, así como pasaba en el programa base. Por lo que solo con crear la variable tipo Retenedor, ya tiene asociadas estas líneas de programación. Balaguera Gómez, Anssony Jhoel 50 Figura 39. Programación del control de las plataformas (LD) Figura 40. Programación del seguimiento de las plataformas (ST) Figura 41. Programación del almacenaje de datos de las plataformas (ST) Igual que con las plataformas, el uso de FB deja un código de programación intuitivo y fácil a la hora de detectar cualquier tipo de error en el programa. Y hemos pasado de tener muchas líneas de programación para dos Plataformas, a tener pocas, como se ha podido comprobar en las figures mostradas. Estudio del proceso de automatización de las estaciones de trabajo de una línea de producción industrial 51 5. Validación Llegados a este punto se describirán los pasos que se han seguido para que el proyecto fuera un éxito y demostrar que se han cumplido con los objetivos marcados previamente y se han validado mediante simulación. La etapa de validación se basa en un diagnóstico de las funciones que se han ido realizando en el estudio. Define todas las pruebas realizadas a nivel de funcionamiento o de programación. 5.1 Pruebas Funcionales Se realizan con los componentes y son independientes del código realizado. Es una verificación de que los componentes cumplen la función principal que desempeñan. Las pruebas funcionales que se han empleado en el proceso son: Prueba realizada Resultado Detección sensores Satisfactorio Activación actuadores Satisfactorio Activación motores Satisfactorio Elementos de mando y señalización Satisfactorio Tabla 5. Pruebas funcionales 5.2 Pruebas Operacionales Las pruebas operacionales, se basan en un diagnóstico de las funciones de programación realizadas. Son pruebas que evalúan una aplicación sobre el sistema, la cual incluye la sucesión de activaciones de componentes. Las pruebas funcionales empleadas en el sistema son: Prueba realizada Resultado Programación Retenedores Satisfactorio Programación Plataformas Satisfactorio Balaguera Gómez, Anssony Jhoel 52 Aplicación temporizadores Satisfactorio Aplicación contadores Satisfactorio Seguimiento bandejas Satisfactorio Tabla 6. Pruebas Operacionales Debido a que son muchas pruebas las que se han realizado para comprobar el correcto funcionamiento, se explicaran detalladamente un par de ellas para tener un ejemplo claro. Para la simulación, se han creado temporizadores que simulen el tiempo físico del movimiento de las bandejas. Como también, la información que debería llegar desde la cinta anterior (id de la bandeja, estado...). La siguiente figura enseña la simulación la entrada de la primera bandeja por el primer retenedor. Un segundo después del inicio de la simulación, una bandeja entra en el primer retenedor, haciendo que este se active y de paso hacia la plataforma PT04. Figura 42. Programación del movimiento de las bandejas Y así con todos y cada uno de los movimientos de las bandejas dentro del circuito, consiguiendo de esta manera una simulación satisfactoria del proyecto. Para la validación de las plataformas se ha comprobado el cambio entre estados “REST”, “READY”, “MOV”, “MOV2”, producida por la DFB, a través de las variables de entrada como las tomas de decisiones correspondientes, los estados actuales y las variables de bloqueo. Estudio del proceso de automatización de las estaciones de trabajo de una línea de producción industrial 53 Se esperaba que cuando la plataforma/retenedor se encontrara en avance, únicamente se activara la salida de esta durante un pequeño tiempo hasta que el sensor dejara de detectar, ya que la bandeja dispone de una ranura en el costado que hace que la plataforma bloquee la bandeja. Una vez pasado, la plataforma vuelva a subir. Cuando se dejara de detectar, la plataforma pasara a estar en reposo cuando la bandeja llegara a la siguiente estación. Además cuando la bandeja estuviese en movimiento hacia la siguiente posición y se detectara la bandeja de la posición anterior, entonces la plataforma pasara a estado petición, sin desactivar el avance, mientras no llegue a la siguiente estación. Cuando llegase a la siguiente posición se desactivara el avance, y permaneciera en petición hasta que la siguiente estación estuviera disponible. Se han obtenido resultados satisfactorios comprobando cada uno de los pasos explicados anteriormente. Balaguera Gómez, Anssony Jhoel 54 6. Conclusiones La realización de este proyecto se puede decir que ha sido satisfactoria, ya que se han cumplido los objetivos marcados previamente. Se han reforzado y ampliado los conocimientos adquiridos durante el grado de Ingeniería Electrónica Industrial y automática. El principal objetivo de este trabajo ha sido el estudio de las diferentes etapas necesarias a la hora de implementar un automatismo programado sobre un proceso industrial, que abarca desde el diseño, la integración, la programación hasta la posterior validación. En la fase principal de automatización, las validaciones del programa de la Línea CAN han funcionado correctamente. Se ha modificado el programa inicial para poder comprimir y hacerlo más óptimo cosa que se ha conseguido mediante el FB y las estructuras tal y como se explica en el punto 2.3 y 2.4 donde se demuestra mediante las figuras del apartado de validación del proyecto, donde se puede comparar y observar una mejor organización para conseguir un proyecto más entendible de cara a una futura mejora. En la segunda fase automatización, se ha puesto en práctica el diseño en LD y ST. Se ha aprendido a sintetizar los casos de los procesos a diseñar, con el objetivo de implementar esos procesos a través de las DFB. Los procesos no se han concebido como una secuencia lineal, sino como una aplicación encapsulada con diferentes funcionalidades, que, según su conexionado, puedan tener distintos comportamientos. En relación a trabajos futuros se propone lo siguiente:  Integración de componentes nuevos dentro del laboratorio y actualización del programa realizado.  Continuación del proyecto enfocado en la comunicación de los Componentes y las diferentes zones del laboratorio. Estudio del proceso de automatización de las estaciones de trabajo de una línea de producción industrial 55 7. Presupuesto El presupuesto del proyecto está divido en tres partes principales. La primera agrupa la mano de obra de todas las tareas que se desarrollan antes y durante la realización del proyecto. La segunda agrupa todos los costes del material y uso de instalaciones para realizar y validar adecuadamente el proyecto. Y finalmente nos encontramos con una tabla general dónde se encuentra reflejado el importe total, con la suma de las dos partes comentadas anteriormente. En la siguiente tabla se puede ver un resumen del presupuesto total, que esta explicado y detallado en el documento anexo llamado BUDGET_BALAGUERAA.pdf Precio total Porcentaje del total Ejecución del proyecto y redacción 3.600,00 € 30% Material 8.390,87 70% Precio total 11.990,87€ 100% Tabla 7. Precio total del proyecto El precio total del proyecto es de 11.990,87€ sin aplicar IVA. Que en cuyo caso sería del 21% por lo que aplicando este porcentaje el total sería de 14.508,96 €. Balaguera Gómez, Anssony Jhoel 56 Bibliografia Bloques de función (FB) (s.f.). n/a. Recuperado de http://www.sc.ehu.es/sbweb/webcentro/automatica/Step7/paginas/contenido/step7/ 2/2.3.3.htm Canales sectoriales Interempresas (2020). Automatización de la Industria 4.0. Recuperado de http://www.interempresas.net/Robotica/Articulos/Tecnologia/ Deloitte (s.f.). ¿Qué es la Industria 4.0?. Recuperado de https://www2.deloitte.com/es/es/pages/manufacturing/articles/que-es-la-industria- 4.0.html Editorialcontrol (s.f.). El futuro de la automatización industrial. Recuperado de http://www.edcontrol.com/index.php/instrumentacion/instrumentacion- 192/item/199-el-futuro-de-la-automatizacion-industrial Electrin (2016). Estructura bàsica de un PLC. Recuperado de https://electrinblog.wordpress.com/2016/04/24/post-2/ Electrónica Unicorn (s.f.). Historia del PLC, Modicon, Modbus. Recuperado de https://unicrom.com/historia-del-plc-modicon-modbus/ Esneca Business School (2019). Inicios y futuro de la automatización industrial. Recuperado de https://www.esneca.com/blog/automatizacion-industrial-avances/ Facultad de Ingenería Universidad Nacional de la Plata (s.f.). Instrumentación y Comunicaciones Industriales. Buenos Aires, Argentina. Recuperado de https://www.educacionurbana.com/apuntes/ladder.pdf Feria virtual Interempresas (s.f.). Fabricantes o distribuidores de Autómatas Programables (PLCs). Recuperado de Estudio del proceso de automatización de las estaciones de trabajo de una línea de producción industrial 57 http://www.interempresas.net/MetalMecanica/FeriaVirtual/DistribuidoresDeProduc to.asp?IDLineaProducto=1494 Opiron Electronics (s.f.). Lenguaje Ladder y conceptos fundamentales. Recuperado de https://www.opiron.com/lenguaje-ladder-y-conceptos-fundamentales/ Schneider Electric (2020). ¿Cuál es la función de los bastidores Modicon X80? Recuperado de https://www.se.com/ar/es/faqs/FA341527/ Schneider Electric (2020). Tipos de variables. Recuperado de https://product-help.schneiderelectric.com/Machine%20Expert/V1.1/es/SoMProg/SoMProg/Data_Types/Data_T ypes-3.htm#XREF_D_SE_0083662_6 Seika (s.f.). Qué es un PLC y cuáles son sus características principales. Recuperado de https://www.seika.com.mx/que-es-un-plc/ Telemecanique (2007). Plataforma de automatización Modicon M340 . Recuperado de https://www.construmatica.com/archivos/28205/control_industrial_y_automatizacion/a utomatizacion/catalogos/catalogo_m340.pdf