SEP DGETI SElT

CENTRO NACIONAL DE ACTUALIZACIN DOCENTE EN MECATRNICA

CNAD-Cenidet

TRABAJO RECEPCIONAL

CLULA MECATR~NICA DIDCTICA (CMD)

Prototipo Mecatrnico

Que Presentan: Para obtener el reconocimiento de especialista en Ingeniera Mecatrnica

SUBESPECIALIDAD MAQUINAS: SUBESPECIALIDAD CONTROL:

Ing. Juan Manuel Rivera Galicia Ing. Jos Prez Cruz

ASESORES:

Diciembre 2000

SEP SEIT DGETI Centro Nacional de Actualizacin Docente Av. Ertanislao Ramlrez dn csq. Mar de las lluvias

Mecaunica CT 09FMW001Q

Col. Selene Delegaci6n :nahuac Tel. Fax 841 I4 31 841 I4 32

C.P. 12430

Mxico, D.F. a 4 de diciembre del 2001

Asunto: Autorizacin de Impresin del Trabajo Recepcional

C.C Juan Manuel Rivera Galicia Jos Prez Cruz Docentes en formacin de la 2. Generacin P R E S E N T E S

Una vez que ha sido revisado el informe acadmico elaborado como trabajo recepcional del proyecto mecatrnico titulado Clula Mecatrnica Didctica, por los asesores de las tres reas y al no encontrar errores en los aspectos tcnicos, en la estructura de contenidos y ,en la redaccin de cada uno de los apartados que lo integran, se ha determinado que el informe cumple con los aspectos necesarios para que pueda imprimirse de forma definitiva.

A T E N T A M E N T E

ASESORES

- rea de Mquinas

(J$ Lic. Xochitl Gonzlez Ramrez

rea de Pedagoga

INTROD cci

c

Pgina

CAPiTULO 3 DESCRIPCIN Y APLICACIN DE LA CLULA MECATR~NICA DIDCTICA ...................................... 31

3.1, Descripcin general de la Clula Mecatr 3.1 .I. Caractericticas de operacin ._....._.... 3.1.2. Descripcin de mdulos que la inte

........ ..... ........

Pgina

CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS ...................................................... 54

BIBLIOGRAFIA .................................................................................................. 55

APNDICES.. ..................................................................................................... 56

1. Dibujos mecnicos ............. 2. Diagramas elctricos y ele 3. Tabla de caractersticas t

4

Actualmente existen en la industria sistemas automticos que sustituyen la mano del hombre, evitndole tareas que pueden poner en riesgo su integridad fsica y su salud.

La industria tiende a automatizarse sustituyendo sus sistemas tradicionales de control electromagnticos por sistemas automatizados de estado slido, que proporcionan ventajas tales como: manufactura flexible, mayor seguridad, ptima calidad, entrega oportuna y un bajo costo; puntos esenciales que ayudan a competir en el mercado.

Los sistemas mecatrnicos, integran principalmente las ramas de la Mecnica y la Electrnica, involucrando tambin a la Electricidad y las Ciencias Computacionales; es por eso que para su construccin, montaje, operacin y mantenimiento se requiere de personal capacitado por lo que surge la gran necesidad de construir una Celula Mecatrnica Didctica, que como objetivo Silva de prototipo en los planteles educativos de nivel medio superior y superior para que por medio de ella se facilite en gran medida el proceso de enseanza- aprendizaje en los alumnos, sobre los conceptos mecatrnicos as como la simulacin de procesos industriales manuales y automatizados.

La Clula Mecatrnica Didctica, es un. prototipo mecatrnico que consta principalmente de los siguientes mdulos: .brazo articulado, banda transportadora, identificador de materiales (metalicos, no metlicos, claros u obscuros), taladrado, almacenaje, mesa giratoria, y alimentador. Su operacin puede ser en forma manual, programada por PLC, programada por PC o bien por un sistema mnimo de microprocesador.

Para su operacin por PLC es necesario que ste contenga mnimo 24 entradas y 11 salidas disponibles que operen con voltajes del orden de 24 Voltios de c.d. y puede ser de cualquier marca; y para su operacin por PC es necesario contar con una tarjeta de interfaz para slot ISA compatible con IBM.

El presente trabajo recepcional contiene cuatro captulos que contienen su diseo, descripcin, aplicacin y operacin de la CMD, as como apndices ilustrativos que ayudarn para su mantenimiento.

La Clula mecatrnica Didctica es un prototipo mecatrnico que despert el inters de contar con uno de ellos en los planteles y es por eso que a la fecha ya se est reproduciendo en mayor cantidad.

5

CA.4 O-CE,S,OE RPECllUIll" Ev,xG~v,m., IIECITROWCI

CAPITULO 1 DISEO Y SELECCIN DEL SISTEMA DE CONTROL

- Interfaz de - salidas para lnterfaz de control de > potencia para actuadores actuadores

P

La Clula Mecatrnica Didctica (CMD) es un prototipo mecatrnico que consta principalmente de los siguientes mdulos: brazo articulado, banda transportadora, identificador de materiales (metlicos, no metlicos, claros u obscuros), mesa de taladrado, dos almacenes, mesa giratoria y un alimentador de piezas. Su operacin puede ser en forma manual, programada por PLC, programada por PC o bien por un sistema mnimo de microprocesador. En la figura 1.a. se muestra el diagrama a bloques de la CMD enfocado al sistema de control

., Conml Manual

I I

Control por PLC

- lnteraz de

entradas para adecuacin de

sensores

Fig. 1.a. Diagrama a bloques de control para la CMD.

Como se puede observar, en el diagrama anterior estn representadas las partes principales para el control de la CMD, el mundo real se refiere al sistema fsico en donde ocurren los eventos de movimiento y deteccin de acuerdo a las rdenes y condiciones que se establezcan desde el controlador; que puede ser Manual, por PLC o bien por PC.

Para las detecciones de los eventos es necesario contar con dispositivos de sensado los cuales entregan sus seales a la interfaz de control de entradas y sta se encarga de transmitirlas al controlador que se elija.

Los movimientos que se realizan en el sistema fsico real son originados por actuadores, que reciben seales de la interfaz de potencia y sta a su vez de la interaz de control de salidas la cual es controlada desde el controlador que se elija.

A continuacin se explican los bloques del diagrama por partes, as como el diseo y seleccin de dispositivos.

< Sensores

6

1 .I. Censores.

La etapa de sensores consta de 24 dispositivos que se encuentran instalados en los mdulos que contiene la CMD y se analizan a continuacin:

1 .I .I .Mdulo de taladrado.

Para el avance y retroceso del taladro se instal un cilindro neumtico de doble efecto, marca Taiyo modelo IOZ-3G de mbolo magntico, a este cilindro se le detecta la posicin (extendido I retrado) con sensores magnticos que se instalaron en la periferia del cuerpo del cilindro y operan con 5 V cd. los censores son de la marca Taiyo modelo SR101. Se seleccionaron estos censores ya que su voltaje de operacin es adecuado para manejar niveles de voltaje para circuitos integrados TTL que en este caso entregan la seal a un buffer 74LS240, la corriente que soportan estos sensores es de 1 A, por lo tanto nos permite su uso.

1 .I .2.Mdulo de almacenes.

La CMD cuenta con dos mdulos de almacenaje de tres niveles cada uno es decir, un total de seis localidades para almacenar piezas, para la deteccin de presencia de piezas en las localidades se utilizaron fotomicrosensores marca omron modelo EE-SB5 que tienen capacidad para detectar la presencia de un cuerpo a 5mm. de distancia y su voltaje de operacin es de 5 V cd. compatible con dispositivos TTL. Su tamao y forma lo hacen flexible para su inhalacin en las localidades de los almacenes ya que se puede empotrar y as evitar posibles choques mecnicos con las piezas de trabajo.

1.1.3.Modulo de brazo.

El brazo puede realizar tres movimientos: vertical, horizontal y giratorio. El movimiento vertical lo realiza por medio de un cilindro neumtico de doble efecto, con mbolo magntico marca festo modelo DGOl2200PA, se detectan tres posiciones (posicin baja, media y alta) las cuales se detectan con sencores magnticos compatibles con el cilindro para su montaje ya que son de la misma marca, el modelo es SMEO-16 y soportan hasta 1 amperio, su voltaje de operacin es de O a 200 V cd; por lo tanto nos permite manejar las seales compatibles con TTL. El movimiento horizontal se realiza por medio de un cilindro neumtico de doble efecto con mbolo magntico marca omron modelo 102-3G. Sus posiciones son detectadas a travs de sensores magnticos marca taiyo modelo SR-101,

7

8

1.2. lnterfar de entradas para adecuacin de Sensores

Para un buen manejo de las seales de sensado en el sistema es necesario adecuarlas a un estndar, para sto se implement una interfaz .que recibe las seales' de los censores, y a travs de buffers y optoacopladores las distribuye hacia los controladores de una manera eficaz y segura protegiendo asi al sistema de control. El anlisis de esta etapa hace referencia a los diagramas CMDIA, CMD2A y CMD3A, que se encuentran en el apndice 2, donde se observa la lgica de operacin. Aqu se tiene cada sensor y a partir de su seal se pasa por un buffer 74LS240, auxilindose de una resistencia de pull-up para asegurar un valor lgico y evitar ruido. Esta resistencia tiene un valor de 10 k Ohms, por lo que asegura un funcionamiento viable de corriente suministrada al componente TTL, cabe sealar que el objetivo de esta resistencia es el aseguramiento de valor lgico, pudiendo escoger un rango de 1 a 12.5 K Ohms, suministrando la corriente mnima que se necesita para el "fan in" del estndar TTL, en el caso de la familia LS, tenemos un "fan in" en alto de 20 pA, y un "fan in" en bajo de 0.4 mA., as,

- 250 KQ y tambin R = __ 5v -12.5KQ - R=-- 5V 20uA 0.4mA

por lo tanto, la resistencia viable para abarcar el rango de "fan in" utilizado es de 12.5 kQ, por lo que 10 kQ es un valor razonable. Despus de sto, la seal se pasa por un buffer y posteriormente se lleva a un optoaislador 4N26, que consta de un diodo emisor y un fototransistor npn integrados en una .sola cpsula, soportando una corriente mxima de 80 mA. El optoaislador se auxilia de una resistencia limitadora de corriente cuyo valor es de 270 Ohms, dando una corriente mxima de conduccin 'de 13mA., sto se debe a que la resistencia mnima que necesita el optoaislador para que el diodo no se queme es el voltaje de alimentacin menos el voltaje de conduccin del diodo dividido entre el valor de la corriente mxima del diodo en conduccin, es decir:

5v-1.5v = 4 3 R R min = 80mA

y tambin, tomando una resistencia de 270 Ohms se tiene:

5v-1.5v 27021

' I = = 12.9mA

con ste valor de resistencia el diodo se encuentra en un punto de operacion viable, no sobrepasando los 80mA. Esta seal ya aislada es llevada a la PC o al PLC para su manejo en la etapa de control, la seal que va hacia la a la PC es reforzada por un buffer para asegurar un valor lgico.

1.3. Control Manual.

Para este control se implement un circuito de monitoreo con desplegado visual que consta de 24 diodos emisores de luz, stos toman la seal que se tiene a la salida de la tarjeta de adecuacin de seal de los sensores y se auxilia de una resistencia limitadora de corriente con un valor de 220 Ohms, ya que:

un valor razonable comercialmente es de 220 Ohms, siendo 1.2V el voltaje del LED y 20 mA la corriente del LED. Cabe mencionar que sta salida est programada para que en un futuro se utilice en el control de operacin bajo condiciones de seguridad, para evitar posibles choques entre partes de la clula.

1.4. Control Por PLC.

Se tiene un Controlador Lgico Programable para una aplicacin didctica en sta clula, para sto se tienen entradas que se unen a las lecturas de las seales de los sensores. Por medio de un optoacoplador 4N26 se tiene una salida aislada y directa al PLC, esta seal de entrada del PLC maneja una corriente de 6 mA a 24 V y tiene una estructura interna que polariza al fototransistor sin necesidad de una resistencia de colector, este transistor maneja una corriente mxima de colector de 80 mA a un VCE de 30 V cd, con lo que se tiene un elemento ptimo para este aislamiento.

El Controlador Lgico Programable puede ser de cualquier marca siempre y cuando cumpla con las caractersticas de operacin que son: maximo 30 V cd, 80 mA y una estructura interna con conexin a 24 V cd, para evitar una resistencia externa de colector.

1.5. Control Por PC.

Aqu se hace el uso del estndar ISA, el cual es utilizado en las computadoras IBM y compatibles, manteniendo una arquitectura abierta. Para el control externo es necesario implementar una interfaz de entradas y salidas, la cual'se encuentra conformada en el diagrama "interfaz I/O" del apndice 2.

Esta tarjeta es utilizada con el fin de lograr la comunicacin entre una PC y el mundo exterior, que en este caso viene siendo la CMD. La tarjeta que se fabric es para empotrar en el slot ISA del CPU IBM y est configurada de tal forma que.tiene 24 bits de entrada y 24 bits de salida; es decir. 3 puertos de entrada y 3 puertos de salida, de tal modo que las

direcciones y las palabras de control para las interfaces perifricas programables (PPIs) son CWi=&H303, &H9B y CWz=&H307, &H80.

La tarjeta de interfaz cuenta con un conector tipo Housing macho de 50 terminales (252), el cul deber conectarse al cable multilinea proveniente de las tarjetas de adecuacin de seales citadas anteriormente.

Como se observa, esta interfaz cuenta con dos circuitos perifricos programables PP18255, los cuales son utilizados para manejar hasta 48 bits, la decodificacin de la direccin de memoria para el acceso a puertos en esta interfaz es hecha por medio de un decodificador 74LS138 y un comparador 74LS688, las seales pasan por buffers 74LS367 y por el 74LS245 como se muestran en el diagrama esquemtico citado. Se utilizan resistencias pull-up de 10 k Ohms, las cuales se seleccionaron de la misma forma que en el subcaptulo 1.2. Tambin se tiene un juego de capacitores de 0.1 UF para eliminar interferencias yio ruidos en las seales.

Con esta tarjeta se tiene el control de un proceso via software, utilizando lenguajes de programacin tales como BASIC, QBASIC, C, Visual C, Visual Basic, DELPHI, etc. abarcando as una amplia gama de programacin para el usuario. De esta forma tenemos una aplicacin didctica para la implementacin y puesta en marcha de programas utilizando lenguaje de programacin enfocado a control.

1.6. lnterfaz de salidas para control de actuadores.

Para el manejo de seales de salida provenientes de los controladores es necesario contar con una etapa de adecuacin y aislamiento entre el controlador y la etapa de potencia. Por este motivo se implement la interfaz de salidas para control de actuadores.

Esta interfaz recibe las seales del controlador, aislndolas y reforzndolas por medio de optoacopladores 4N26 y buffers 74LS240. La lgica de control se muestra en los diagramas esquemticos tarjeta 1 y tarjeta 2 de mdulo de actuadores que se encuentran en el apndice 2.

Adems, esta interfaz es utilizada tambin para la seleccin del modo de operacin (manual, PLC, PC), ya que los buffers 74LS240 tienen un selector de modo para implementar el tercer estado u operar con 1s y Os lgicos. De esta manera se puede seleccionar el modo de operacin, como se muestra en el diagrama CMDI y CMD2 del apndice 2.

1.7. lnterfaz de potencia para actuadores

Una vez que la seal de salida es aislada, seleccionada y reforzada esta lista para indicar la activacin de un actuador, el actuador necesita una seal de potencia; por lo que en esta interfaz se hace la alimentacin necesaria y la conversin de la seal TTL a potencia para tener una activacin adecuada del actuador. La seal TTL es utilizada para activar la base de un transistor, como se observa en los diagramas esquemticos

0 3 - 0 2 4 6 I 1

CMDPOTI, CMDPOT2 Y CMDPOT3 del apndice 2. Las seriales provenientes de la etapa de interaz de salidas para control de actuadores son utilizadas para activar las bases de transistores BC558, con los cuales se hace la activacin de las bobinas de los diferentes relevadores de corriente directa. La seleccin de estos dispositivos se hizo tomando en cuenta el voltaje y corriente de alimentacin a su bobina, el voltaje y la corriente que soportan sus contactos, quedando de la siguiente manera: se selecciona un relevador electromagntico de corriente directa con una capacidad de salida de 127 V ca a 10A y un disparo de 12V cd a 30 mA, asegurando as la capacidad para activar a los actuadores, ya que el de mayor consumo es de 127 V ca a 0.5 A. Como la corriente que consume la bobina es de 30 mA. a 12 V cd, se selecciona un transistor BC558 que maneja un VCEO de 20 V y una IC max. de 100 mA., Io cual es viable para la activacin de la bobina. Para asegurar una activacin definida en la base del transistor, se tiene una resistencia de base de 100 K Ohms. La corriente mxima de base es de

la resistencia mnima de base es de

se selecciona una resistencia de 1 O0 k Ohms, = 120uA 12v I = -

1 O0 KC2 con lo que se asegura no sobrepasar la corriente mxima de base y utilizar el transistor como conmutador en los estados de corte y saturacin.

El transistor se auxilia de un diodo IN4148 ayudando a la polarizacin definida del transistor junto con la resistencia de base. A la vez, se tiene un diodo de proteccin contra corrientes en sentido inverso provocadas por la bobina del relevador. La seleccin de estos diodos es muy amplia y slo se cuida que soporten la corriente mxima que puede existir; en este caso se seleccion el diodo IN4003 con una corriente inversa de 1A a 600V de ruptura.

Se cuenta tambin con un arreglo de resistencias en la parte de los contactos para suministrar las corrientes generadas por la autoinductancia de bobinas de las electrovlvulas y de las FCEMS de los motores,

El clculo de estas resistencias se realiz basndose en el mayor de los casos y corresponde al de las bobinas de las electrovlvulas de corriente alterna con las siguientes caractersticas: 127 V ca a 0.2 A de corriente nominal.

= 635C2 127V R=- 0.2A . ~~~

la potencia de disipacin de la resistencia sera de P = (0.24' x 635C2 = 25.4W

12

Como se tiene una resistencia con una potencia de disipacin muy alta y en el limite de proteccin de la bobina, se selecciona una resistencia de 4700 Ohms a 5 Watts, dando as una corriente de consumo razonable y muy segura, ya que obteniendo los valores elctricos se lleva a:

=27mA , 127 I = -

4700

con una potencia de disipacin de

P = (0.027A)* x 470052 = 3.4"

la cual es suficiente para disipar la energa generada por la FCEM y la autoinduccin.

El platino del relevador cuenta con un varistor en paralelo para evitar daos por sobrepicos de corriente y voltaje, y se tiene un varistor 250NR20 que trabaja a 150 Vrms con una corriente pico instantnea de 6500A, con ste se logra una proteccin a la circuitera de potencia y a los actuadores de manera general.

1.8. Actuadores.

Los actuadores son los elementos finales que actan sobre el sistema del mundo real. Su seleccin es de acuerdo a un anlisis del problema, las condiciones iniciales, caractersticas y disponibilidad comercial, de acuerdo a ello, en el caso de este prototipo didctico, se analizan por mdulos.

1.8.l.Mdulo de brazo.

El brazo puede hacer movimientos verticales, horizontales y angulares, adems cuenta con una pinza de sujecin.

Para el movimiento angular, de acuerdo al diseo mecnico, fue necesario utilizar un motor de induccin con reductor integrado que proporcionara una velocidad relativamente baja y con la fuerza necesaria para poder mover el mecanismo, este motor tiene los siguientes parmetros:

Potencia de 50 watts 127 V ca., 0.5 A. de corriente nominal de tipo monofsico 1760 rpm. 60 Hz el torque en el rotor es de:

T1= - - ' O x 50 = 0.027Kgf .m, Frecuencia x Poiencia,,,,, 2 n x rpm,",", x 9.8 2 a x 1760x 9.8

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sin embargo se tiene un reductor acoplado, entonces

= 1 1 Mgf , rn T1 x VI T2=---- - 0.027 x 1760 v2 4

Existe un compromiso entre torque y velocidad, despreciando las prdidas por rozamiento y peso de los engranes del reductor. Por lo tanto el torque final es de 11.8 Kgf-m, suficiente para 'mover a esa velocidad el brazo, ya que su peso se desprecia debido a que est "sentado" en rodamientos que lo soportan, necesitando un torque mnimo que se satisface con el que brinda la flecha del reductor. Las piezas que va a mover son de peso despreciable ya que el sistema es nicamente didctico.

Para el movimiento horizontal del brazo se utiliz un cilindro neumtico de doble efecto controlado por una electrovlvula marca TAIYO modelo SRS-1 con alimentacin de 127Vca a 60 Hz y 0.2A y solamente se consider que el relevador que la controla soportara esa corriente, lo anterior se cumple, ya que el relevador soporta corrientes hasta de 10 A.

Para el movimiento vertical y la apertura y cierre de la pinza del brazo se utilizaron los cilindros neumticos de doble efecto, controlados por una electro vlvula marca SMC modelo VFR3310 y TAIYO modelo SRS-1 respectivamente, con alimentacin de 127Vca a 60 Hz y 0.2A y solamente se consider que los relevadores que las controlan soportaran esa corriente, lo cual se cumple gracias al relevador que soporta corrientes hasta de 10 A.

1.8.2.Mdulo de taladrado.

Para este mdulo fue necesario utilizar un motor de corriente directa para simular el efecto de taladrado, un cilindro de doble efecto controlado por electro vlvula marca TAIYO modelo SRS-1, con alimentacin de 127Vca a 60 Hz y 0.2A.y solamente se consider que el relevador que la controla soportara esa corriente. Este cilindro su funcin es la de bajar y subir el taladro. Tambin se tiene implementado un cilindro de simple efecto controlado por electro vlvula para sujetar la pieza, este cilindro es marca TAIYO modelo 721 y es controlado por electrovlvula marca SMS modelo VP342, con alimentacin de 127Vca a 60 Hz y 0.2A y solamente se consider que el relevador que la controla soportara esa corriente. La seleccin del m'otor para el taladrado fue en base a la disponibilidad en el mercado y tamao del motor, ya que solamente es simulacin y el taladro no esta expuesto a cargas significativas, se eligi un motor de corriente directa a 12 V cd 0.2A, 1200 rpm, que se encuentra disponible en el mercado, estos motores son los que se utilizan para el movimiento de mecanismos en sistemas reproductores de cintas magnticas, con estas caractersticas no se sobrepasa la capacidad del relevador que lo controla.

1.8.3.Mdulo de alimentacin de piezas.

Para este mdulo fue necesario utilizar un cilindro de doble efecto marca FESTO, este cilindro es controlado por electrovlvula marca TAIYO modelo SRS-1, con alimentacin de 127Vca a 60 Hz y 0.2A controlada con un margen de 10 A. La funcin de este cilindro es la de empujar las piezas hacia la banda transportadora.

1.8.4.Mdulo de banda transportadora.

Para el movimiento de avance de la banda, de acuerdo al diseo mecnico fue necesario utilizar un motor, en este caso fue de induccin con reductor integrado que proporciona una velocidad relativamente baja y con la fuerza necesaria para poder mover el mecanismo, este motor tiene los siguientes parmetros:

Potencia de 50 waits 127 V ca 0.5 A de corriente nominal de tipo monofsico 1780 rpm. 60 Hz Por lo tanto, el torque en el rotor es de:

= 27E - 3 K g f . m I 60 x 50 2 x x 1780~9 .8

T1= Frecuencia x Potencia,,,, - - 2rr x rpm,oro, x 9.8

como se tiene un reductor acoplado, entonces

= 0 .96Kgf .m TI x VI 0.027 x 1780 T2=--- - v2 50

existe un compromiso entre torque y velocidad, despreciando las prdidas por rozamiento y peso de los engranes del reductor. Por lo tanto el torque final es de 0.96 Kgf-m, suficiente para mover a esa velocidad la banda, ya que su peso se desprecia debido a que esta "sentada" en una base que la soporta, necesitando as un torque mnimo, el cual se satisface con el que brinda la flecha del reductor, manejando un amplio margen de seguridad. Las piezas que va a mover son de peso despreciable, solamente para fines didcticos.

CAPiTULO 2 DISENO MECNICO

2.1. El Diseo.

El trmino diseo claramente abarca una amplia gama de significado. La palabra diseo proviene de la palabra latina designare, que significa "designar, marcar ..." existen varias definiciones de la palabra diseo, siendo la ms aplicable "delinear, trazar o planear como accin o como trabajo ... concebir, inventar o idear".

El diseo de ingeniera es el proceso de aplicar las diversas tcnicas y los principios cientficos con el objeto de definir un dispositivo, un proceso o un sistema con suficiente detalle para permitir su realizacin.

Diseo de mquinas se ocupa de la creacin de maquinaria que funcione segura y confiablemente. Una mquina la podemos definir como un aparato formado de unidades interrelacionadas.

La tarea del ingeniero es definir y calcular movimientos, fuerzas y cambios de energa a fin de determinar el tamao, las formas y los materiales necesarios para cada uno de los componentes interrelacionados de la mquina, sto lo podemos considerar como la esencia del diseo mecnico.

Una mquina se disea elemento por elemento, pero es vital reconocer que la funcin y el diseo de cada una de las partes dependen de muchas otras piezas interrelacionadas dentro de la mquina misma.

2.2. Descripcin tcnica de los elementos mecnicos.

2.2.1. Descripcin tcnica de los mdulos que integran la Clula Mecatrnica Didctica (C.M.D.).

La CMD esta compuesta principalmente de los siguientes mdulos:

I . Almacenaje. Se refiere a dos torres de almacenamiento con tres niveles cada una ubicadas en diferentes posiciones, las cuales cuentan con censores fotoelctricos que detectan la presencia de piezas en los almacenes.

2. Alimentador. Su funcin es alimentar piezas a la banda transportadora, su movimiento lineal lo hace por medio de un cilindro neumtico CN6.

3. Banda transportadora. Es la que transporta las piezas de trabajo desde el alimentador, las hace pasar por los sensores de proximidad (detector de metales) y por el sensor ptico (detector de colores claros),

llevndolas hasta el final de la banda donde, por medio de un interruptor, detecta la llegada de la pieza y de ah puede ser tomada por el brazo. Su funcionamiento lo hace por medio del motor elctrico M2.

4. Taladrado. Este mdulo contiene un taladro que es accionado por un motor

elctrico M3, un cilindro neumtico CN4 que se encarga de bajar y subir el taladro el cual tiene instalados sensores que detectan su posicin y un sujetador de piezas que es accionado por un cilindro neumtico CN5.

5. Brazo articulado. Es el elemento principal ya que se encarga de transportar las piezas desde o hacia diferentes lugares de la Clula, y tiene los siguientes movimientos: - Movimiento giratorio: permite que el brazo pueda girar en

sentido horario (CW) y en sentido antihorario (CCW); el movimiento lo realiza por medio del motor MI.

- Movimiento vertical lineal: permite que el brazo pueda desplazarse en tres posiciones: alta, media y baja; por medio del cilindro neumtico CNI.

- Movimiento horizontal lineal, permite que et brazo pueda entrar y salir para recoger y transportar piezas por medio del cilindro neumtico CN2.

- Movimiento lineal de mano, permite el cierre y apertura de la mano del brazo para sujetar las piezas y ejecutar el transporte por medio de un cilindro neumtico CN3.

Para todos los movimientos antes mencionados el brazo cuenta con interruptores y censores que detectan las posiciones de los elementos.

Los motores elctricos M y los cilindros neumticos CN mencionados se muestran en el apndice 3.

2.3. Clculos de los elementos y mecanismos.

En esta seccin con la ayuda de la dinmica se determina la fuerza necesaria para mover el brazo articulado. Esto es posible con clculos que relacionan las dimensiones y el peso de los brazos, as como el peso que llevar la mano, con esto se estima de manera general el tipo y la capacidad del motor a utilizar para el movimiento giratorio, que permitira que el brazo articulado pueda girar en sentido horario (cw) y en sentido antihorario (ccw), con un torque apropiado.

2.3.1.Mdulo de brazo (momentos de inercia y torque).

Actualmente la informacin sobre robtica es amplia, sin embargo no existe ninguna gua prctica que pudiese permitir el diseo y la construccin del brazo articulado.

Considerando que de la Clula Mecatrnica Didctica, el mdulo ms importante es el del brazo articulado, l clculo mecnico se enfoc principalmente a ste.

Clculo de Momentos de Inercia: La inercia es una medida de la resistencia que opone el sistema

cuando se trata de poner en movimiento. Fisicamente la masa es la propiedad de un cuerpo que da su inercia.

Debido a que las masas de las partes mviles an no se conocen, se pueden disear los componentes tentativamente.

A) Brazo movimiento vertical:

a) Soporte.

- Clculo de la masa: Se sabe que la masa es igual al producto de la densidad del material

por su volumen.

Frmula : m = p V

donde: m = masa (Kg) p = densidad (k /m3) V = volumen (m ) 9

Material: Barra cuadrada de aluminio laminado 25x25~400 Con densidad de:

p = 2.7 g/cm3 = 2700 Kg/m3

Su volumen:

V = A*h = (25 mm) (25mm) (400 mm) = 250 O00 mm3 = 0.000 250 m3

Su masa:

m = p V

rn = 2 700 kg/m3 (0.000250 m3) = 0.675 kg

-' Clculo de la Inercia:

Para el clculo de la inercia nos auxiliamos del Teorema de Steiner o de los ejes paralelos, el cual dice que si se conoce el momento de inercia de un cuerpo respecto a un eje que pasa por su centro de masa, se podr encontrar el momento de inercia del cuerpo respecto a otro cuerpo paralelo a aquel.

Aplicando la siguiente ecuacin:

I = IC + (m d2)

I = Momento de inercia del cuerpo con respecto del eje A A [kg.m2]

cuerpo con respecto al eje B B" [Kg.m2] IC = Momento de inercia de su propio

m = masa del cuerpo [kg ]

d = distancia entre el eje (B B") que atraviesa el centro de gravedad y un eje paralelo (A A ) [m ]

A B

De la tabla 2.2 (ver apndice 3) se obtiene la frmula del momento de inercia de masa para un prisma rectangular.

1 12

Iy = - m ( 2 + a ' )

donde: rn = 0.675 kg c = 25 mm = 0.025 m a = 25 mm = 0.025 m

Iy = 0.c

Iy = I C (0.675)[i0.025m)2 + (O.O25m)2] = 0.0562Skg(0.000625m2 + 0.000625m

= 0.5625 kg (0.00125 m2) = 0.00007030 k g d

>

19

Del teorema de Ejes Paralelos d = 50 mm (Distancia de la columna base al eje del motor MI )

I= Iy + (m d2) d = 0.050 m

I = (0.00007030kg~m2)+ \(0.675kg~0.050m)2]= 0.00007030kg~m + 0.0016875kg.m

I = 0.0017578kg.m

b) Elemento neumtico.

- Clculo de masa: Material: Aleaciones de acero.

La masa es igual al peso del cuerpo entre la constante de aceleracin gravitacional.

El cuerpo rgido neumtico tiene un peso de 0.800 kgf. (de acuerdo al catlogo de fabricante).

Utilizando unidades del Sistema Internacional (S.I.)

lkgf = 9.81kgf.

0.Skgf = 7.84Skgf. y2 S

S

Entonces

La constante de aceleracin gravitacional es

20

Sustituyendo valores se tiene:

7.848kgf y2 m = =0.8kgf

9.81%

- Clculo de Inercia:

De tabla 1.2 donde: m=0.8kg c=0.030m a=0.085m

y = -m(c2 1 +o)= 0.08333(0.8kg)[(O.O3Om)2 + (0.085m)2] 12

= 0.066664kg(0.0009m2 + 0.007225m2)= 0.066664kg(0.008125m2)

Iy= 0.00054164kg.m2

d= 0.0251~1 (Distancia del elemento neumtico al eje del motor MI)

I = Iy + (md)

= 0.00054164 kg . m 2 + 10.8kg (0.025 m y ]

=0.00054164 k g . m 2 +0.0005kg.m =l.O4164xlO-

I = 0.00104164kg~m2

La Inercia del brazo que proporciona el movimiento vertical es la suma de la inercia del soporte y del elemento neumtico.

I = 0.0017578+0.0010416

I = 0.0027994kg.m

CENiDET i F h T R 0 DE

21

B) Brazo movimiento horizontal:

- Calculo de masa: , Material: Aleaciones de acero

Este brazo est integrado principalmente por dos cilindros neumticos uno que proporciona el movimiento horizontal lineal y el otro el movimiento lineal de la mano.

Basndose- en el catlogo del fabricante, su peso total es de aproximadamente 860 grf = 0.86 kgf

Por lo que 0.86kgf=8.4366kgbm/s2

= 0.86kgf 8.4366 m=- 9.81

- Clculo de Inercia: de tabla 1.2

Donde: m = 0.86kg,a = 0.015m,LO.l5m

Iy = -(0.86kg)[3(0.015m)2 1 + (0.15m)2] 2

iy = 0.0099652Skg. m2

ry = IC i = &+ (md2) I = 0.00996525kg .m* + [(0.86kgx0.010)2]

I = 0.0100512kg.m'

22

c) Pieza de trabajo que manipula el brazo articulado.

- Clculo de masa:

Material: Barra cilndrica de aluminio de dimetro 25.7mm. por 30 mm. de longitud. Con densidad de:

p = 2.7 gr /ml = 2700 kg/ / r n

- Calculo de Inercia: rn = p.v V = A.h

2 V = n.r .h

V = 3.1416(0.01285m)2(0.3Orn)

V = 0.0001556 m3

m = 2700ki.'/; rn (0.0001556rn')

m = 0.42012kg

De la tabla 2.2 (ver apndice 3) se obtiene la frmula del momento de inercia de masa para un cilindro circular

1 . 2

y = -m(3q2 + 2 )

Donde:

rn = 0.42012kg,a = 0.01285rn,L = 0.030m

Iy = -(0.42012kg)[3(0.01285rn)2 1 + (0.30rn)2] 2 Iy=0.00029311kg~rn2

IC = Iy

I = I c + ( r n d 2 )

I = 0.0002931 1kg.m' + [(0.42012kgXO.O60rn~]

23

En resumen, la Inercia total que debe vencer el motor M I ser la suma de la inercia del brazo movimiento vertical, as como la inercia del brazo movimiento horizontal y la inercia de la pieza a trabajar.

Itot. =' Iv -i Ih -i lp

Itot = 0.0027994kg. m 2 + 0.0100512kg~ m' + 0.00180552kg m 2 hot = 0.0146561kg.m'

Clculo para seleccionar el motor M I que hace girar el brazo.

Con el dato anterior se tiene la posibilidad de escoger el motor M1, en donde la relacin de la inercia total calculada a la inercia del rotor del motor no debe exceder de 5, segn recomendacin de los fabricantes de motores.

( 5 Itot ,

I .

Donde:

IX = Inercia del rotor [kg. m 2 ]

Entonces igualando a 5 y despejando

Itot . rx = ~ 5

Sustituyendo:

k g . m 2 0.014656 5

Ix =

Ix = 0.002931 kg m2 Inercia del rotor requerida

Debido a que el brazo articulado girara a bajas revoluciones y se tenia en existencia un motor con transmisin reductora se analizaron las especificaciones de este tipo de motor para determinar si era el adecuado.

24

Especificaciones: Motor de induccin c.a. v = 120 Volts I = 0.5 Amperios 4 RPM, a la salida del reductor de transmisin Inercia del rotor = 5.2*103 Kgm

Con las especificaciones de este motor y con la relacin dada por el fabricante se verific si este motor era el adecuado.

Itot -(5 Ix

(5 0.0146561kg . m 2

0.0052kg. m

2 . 8 1 ( 5

P r lo tanto, este motor M1 fue el adecuado para \I nc del brazo articulado.

Clculo del torque requerido:

r la inercia

De la segunda Ley de Newton (del movimiento rotacional). Para un cuerpo rgido en rotacin a un eje.

T =la

Donde: T = Torque o por qu acta alrededor de un eje I = Momento de inercia (total) del cuerpo al rededor

a = Aceleracin angular (rad/seg2) de ese eje (kgm)

Falta conocer la aceleracin angular ara aplicar la frmula, que la consideramos de 600/seg2 (1 0.471 radlseg P )

25

Sustituyendo valores

T = 0.0146561 k g d (10.471 radlseg')

T = 0.15346 N m

El motor instalado en la Clula cumple satisfactoriamente con su cometido. Considerando que el disco giratorio donde va montado el brazo articulado asienta sobre 4 rodamientos radiales colocados a 90" uno del otro, facilitan y disminuyen el torque requerido para mover el brazo.

2.4. Descripcin general de los procesos de fabricacin para los elementos mecnicos.

2.4.1 Proceso de fabricacin.

El proceso de fabricacin es el procedimiento tcnico que se utiliza en el proyecto para obtener bienes y servicios a partir de insumos y se identifica como la transformacin de una serie de stos para convertirlos en productos mediante una determinada funcin de fabricacin. Lo anterior se puede representar de la siguiente forma:

[ESTADO INICIAL I + I PROCESO I = r PRODUCTO FINAL I

Son aquellos Conjunto de operaciones que Bienes finales elementos sobre los realizan el personal y la resultados del cuales se efectuar el maquinaria para elaborar el proceso de proceso de producto final. transformacin transformacin para obtener el producto final.

26

para la fabricacin de los elementos que integran la Clula Mecatrnica Didctica (CMD), se consideraron principalmente los materiales y elementos comerciales existentes en el mercado como son: perfiles de aluminio, calibres de lmina, tornillera, etc.

A continuacin se hace una descripcin general de las operaciones principales que se realizaron a los elementos mecnicos que conforman la CMD.

1. - Base principal (ver dibujo No. 1, apndice 1).

- Trazar sobre hoja de lmina las dimensiones de la base. - Cortar a media lmina en la mquina cortadora (guillotina). - Hacer dobleces a 90" en la mquina dobladora de cortina. - Hacer cavidad cuadrada central (240x240). - Barrenar y roscar para ensamblar las dos partes que forman la

base. - Instalar manijas para transportarla. - Pintar.

2. - Tapa soporte de interruptores (ver dibujo No. 2, apndice 1). - Trazar medidas. - Cortar a medidas. - Barrenar dimetros de 4 mm. - Pintar.

.* .-. 3. - Soporte de disco giratorio (ver dibujoiilo. 3 apndice 1).

Esta integrada por 2 tipos de elementos: a) Caja de lmina.

- Trazar medidas en lmina y cortar. - Doblar alas o pestaias a 90". - Soldar en uniones de alas o pestaas con mquina de soldadura

- Barrenar dimetros. - Pintar.

- Trazar y cortar a longitud excedida. - Maquinar a longitud requerida, en mquina fresadora horizontal. - Trazar y barrenar, - Roscar.

elctrica.

b) Barras cuadradas de aluminio (4).

4.- Disco giratorio (ver dibujo No. 4, apndice 1). - Trazar y cortar cuadrado, de plaza de aluminio. - Barrenar dimetro central de 20 mm. - Montar pieza en torno paralelo. - Tornear dimetro exterior. - Trazar, barrenar y avellanar dimetros de 5 mm.

27

5,- Base del regulador neumtico de presion (ver dibujo NO. 5, apndice Esta integrada por 3 elementos: a) Tubular rectangular de lmina C.R.S. calibre 12.

- Trazar y cortar a longitud excedida. - Maquinar. a longitud requerida en mquina fresadora. - Trazar, barrenar y roscar.

b) Laminas soporte (3). - Trazar y cortar. - Doblar. - Soldar a tubular rectangular.

- Trazar y cortar a longitud excedida. - Maquinar a longitud requerida en mquina fresadora. - Soldar a lmina soporte.

6.- Alimentador (ver dibujo No. 6, apndice 1). - En hoja de lmina trazar piezas ,soporte.:a medida. - Cortar en maquina co'rtadora (guillotina): - Soldar uniones. - Barrenar y roscar.

c) Tramo de tubo.

.

- Doblar soportes a escuadra. . . f . . - .. . .. ~ ..

7.- Banda transportadora (ver dibujo No. 6,' apndice 1): -' Integrada por 5 t@s helementos: a) Placas laterales de aluminio que forman el cuerpo de la banda.

- Trazar y cortar a medidas excedidas. - Maquinar a medidas requeridas, en mquina fresadora. - Trazar y barrenar. - Avellanar y roscar.

- Cilindrar dimetro exterior y carear, en torno paralelo. - Cortar y carear el otro extremo. - Barrenar dimetro interior. - Roscar extremos.

c) Rodillos para banda. - Cilindrar y carear en mquina torno paralelo. - Moletear. - Cortar y carear. - Trazar y cortar a medidas excedidas. - Maquinar a medidas en mquina fresadora. - Barrenar y roscar.

- Trazar y cortar a medidas excedidas. - Doblar a escuadra. - Maquinar a medidas requeridas en maquina fresadora. - Barrenar.

b) Pernos separadores de placas laterales.

d) Placas soporte de rodamientos. .

.i

e) Patas soporte.

28

8.- Base de taladrado (ver dibujo NO. 8, apndice 1). Integrada por 3 tipos de elementos: a) Torre soporte.

- En la hoja de lmina trazar y cortar a medidas requeridas. - Doblar a escuadra. - Barrenar y roscar.

b) Soportes de lmina. - En la hoja de lmina, trazar y cortar a medida. - Doblar a escuadra. - Barrenar.

- Tornear dimetros exteriores e interiores en mquina torno

- Tornear y moletear porta broquero.

c) Soporte que aloja al motor elctrico M3.

paralelo.

9.- Sujetador de pieza a taladrar (ver dibujo NO'. 9, apiidice 1). Compuesto por 2 tipos,de..ek,mentos;. ,:.' a) Soportes de lmina: .. ,. . .. -- .

%. 1

- Trazar sobre. hoja de lmina. . . -. -~:: . - Cortar a medidas requeridas, en mquina cizalla. - Doblar a escuadra. - Barrenar. - Trazar y cortar a medidas excedidas. - Maquinar a medidas requeridas en mquina fresadora. - Barrenar y roscar.

. .~

b) Piezas de agarre; de P.V.C.

10.- Almacenaje (ver dibujo No. 10, apndice 1 ) . Integrado por 3 tipos de partes a maquinar: a) Columna de perfil en U.

- Trazar y cortar a longitud excedida. - Maquinar a longitud requerida en mquina fresadora. - Fresar ranura longitudinal. - Barrenar y roscar. - Trazar y cortar a medidas excedidas. - Maquinar a medidas requeridas en mquina fresadora. - Barrenar y roscar. - Trazar y cortar a medidas excedidas. - Maquinar a medidas requeridas, en mquina.fresadora. - Barrenar.

A este elemento no se le realiz ningn proceso, ya que se compro como unidad neumtica.

b) Base de nivel, perfil en U.

c) Base ngulo de sujecin.

11 .- Brazo movimiento vertical (ver dibujo No. 11, apndice 1 ) .

29

12.- Brazo movimiento vertical (ver dibujo No. 12, apndice 1). integrada por 2 tipos de elementos maquinados: a) Base plataforma.

- Trazar y cortar a medidas requeridas.. - Barrenr y roscar.

b) Soportes escuadra. - Trazar y cortar a medidas requeridas. - Doblar a 90". - Barrenar.

- Trazar y cortar a medidas requeridas. - Maquinar a medidas requeridas en mquina fresadora. - Barrenar y roscar.

\

13.- Mano (ver dibujo No. 13, apndice'l).

30

CAPTULO 3. DESCRlPClN Y APLICACIN DE LA CMD.

3.1. Descripcin general de la CMD.

La Clula Mecatrnica Didctica es un conjunto de mdulos con los cuales se pueden simular procesos industriales, con la finalidad de que el alumno aprenda de manera ms objetiva las aplicaciones de la Mecatrnica en la industria, motivando su creatividad para nuevos diseos.

3.1.1. Caractersticas de operacin.

Manual, por PLC y por PC. El selector se muestra en la figura 3.1 .a. : La Clula Mecatrnica Didctica puede ser operada de tres formas:

. :.

Fig. 3 .I.a. Selector de modos.

Para operarla en forma manual es necesario seleccionar el modo manual y utilizar los interruptores que se encuentran en el panel de control los cuales se muestran en la figura 3.1.b. :

Fig. 3.1 .b. Interruptores Manuales.

Para operaria en forma PLC es necesario seleccionar este y utilizar los conectores tipo banana hembra que se encuentran en el panel de control, los cuales se muestran en la figura 3.1 .c. :

Fig. 3.1 .c. Conectores para PLC

Y por ltimo, para operarla en modo PC es necesario seleccionar dicho modo y utilizar el conector tip.0 housing macho de 50 terminales que se encuentra en el panel de control y se muestra en la figura 3.1 .d. :

Fig. 3.1.d. Conector para PC.

3.1.2. Descripcin de los mdulos que la integran.

los siguientes mdulos: La Clula Mecatrnica Didctica est compuesta principalmente de

A) Brazo articulado de robot. Es el elemento principal ya que se encarga de transportarjas piezas

desde o hacia diferentes lugares de la Clula y tiene los siguientes movimientos:

Movimiento giratorio, permite que el brazo pueda girar en sentido horario(CW) y en sentido antihorario(CCW). El movimiento lo realiza por medio del motor M I (ver apndice 3).

-

32

- Movimiento vertical lineal: permite que el brazo pueda desplazarse en tres posiciones: alta, media y baja por medio del cilindro neumtico CNI (ver apndice 3). Movimiento horizontal lineal: permite que el brazo pueda entrar y salir para recoger y transportar piezas por medio del cilindro neumtico CN2 (ver apndice 3). Movimiento lineal de mano: permite el cierre y apertura de la mano del brazo para sujetar las piezas y ejecutar el transporte por medio de un cilindro neumtico CN3 (ver apndice 3).

Para todos los movimientos antes mencionados el brazo cuenta con

-

-

interruptores y censores que detectan las posiciones de los elementos.

> B r m

Fig. 3.1.e. Brazo articulado de robot.

6) Banda transportadora. Es la que se encarga de transportar las piezas desde el alimentador;

las hace pasar por el sensor de proximidad (detector de metales) y por el sensor ptico (detector de colores claros), llevndolas hasta su final donde tiene un interruptor que detecta la pieza cuando ha llegado para que de all pueda ser tomada por el brazo. Su avance lo hace por medio de un motor elctrico M2 (ver apndice 3).

Banda I

Fig. 3.1.f. Banda transporiadora

33

C) Taladrado. Este mdulo contiene un taladro que es accionado por un motor

elctrico M3 (ver apndice 3), un cilindro neumtico CN4 (ver apndice 3) que se encarga de bajar y subir el taladro el cual tiene instalados sensores que detectan su posicin y un sujetador de piezas que es accionado por un cilindro neumtico CN5 (ver apndice 3).

Fig. 3.1.g. Taladro

D) Almacenaje. Se refiere a dos torres de almacenamiento con tres niveles cada una

ubicadas en diferentes posiciones; stas cuentan con sensores fotoelctricos que detectan la presencia de piezas en los almacenes.

.Almacenes

Fig. 3.1.h. Almacenes

34

E) Alimentador. Su funcin es alimentar piezas a la banda transportadora. Su

movimiento lo hace por medio de un cilindro neumtico CN6 (ver apndice

Fig. 3 . l . i . Alimentador.

35

3.1.3. Descripcin del panel de control.

El panel de control contiene los elementos necesarios de entrada y salida para una operacin fcil y eficiente de la CMD en sus distintos modos de operacin como ya lo sabemos; manual, por PLC y por PC.

A continuacin se muestra la distribucin de los elementos del panel de control.

El El El

Fig. 3.1.j. Panel de control.

1. Cable de alimentacin principal de la CMD, conectar a lnea de 127 Voltios de c.a. 60 Hz.

2. Interruptor principal de la CMD (ver apndice 3). 3. Porta fusible principal (ver apndice 3). 4. Selector de modos de operacin Manual, PLC y PC. 5. Fila de nueve interruptores para operacin manual: siete de dos

tiros un polo y dos de dos tiros un polo (ver pgina 41). 6. Conjunto de 36 conectores tipo banana hembra para su operacin

con PLC, 24 entradas, 11 salidas y un comn para el PLC (ver pgina 43).

7. Conector tipo husing de 50 terminales (25'2) tipo macho para su operacin con PC (ver pgina 47).

8. Conector tipo housing de 26 terminales (13*2) tipo macho para conectar las terminales de los sensorec (ver pgina 40).

9. Conector tipo husing de 26 terminales (13*2) tipo macho para , conectar las terminales de los actuadores (ver pgina 40). IO. Indicador de error. 11. Botn de reset.

36

3.2. Aplicaciones de la CMD.

El modelo de la Clula Mecatrnica Didctica (CMD) es apropiado para simular el control de procesos de manufactura, ya sea en forma Manual, por PLC aceptando cualquier marca solo que cubra con las caracteristicas tcnicas principales que son: un mnimo 24 entradas y 11 salidas disponibles que manejen voltajes del orden de 24 Voltios de c.d.; o bien, por computadora personal (PC) aceptando cualquier lenguaje de programacin como Qbasic, C, Visual Basic, ensamblador, etc., quedando a disposicin del usuario.

3.2.1. Comprensin de operacin y aplicacin de sistemas mecnicos, electrnicos, elctricos y de control como PLC y PC.

Para que un sistema mecatrnico funcione es necesario vincular principalmente las ingenieras mecnica y electrnica, adems la elctrica y ciencias computacionales entre otras. Es muy importante saber que las maquinas mecatrnicas estn compuestas de mecanismos hechos por piezas que han sido maquinadas por alguna mquina y una herramienta, ya sea manual o automatizada como es el caso de los centros de maquinado de Control Numrico Computarizado (CNC) y es ah en donde tiene aplicacin y relacin la ingeniera mecnica y las ciencias computacionales. Estos mecanismos son movidos por algn actuador y puden ser de origen neumtico, hidrulico, elctrico, electromagntico, etc..Son gobernados por circuitos de control en donde intervienen componentes electrnicos y10 elctricos que pueden ser autocontrolados o bien pueden tener relacin con un equipo de control como es el caso de un PLC o una PC que tambin estn construdas con dispositivos electrnicos, adems es necesario aplicar algn tipo de programacin y en la mayora se requiere un software especifico. Debido a IO anterior se comprueba que las ingenieras y las ciencias antes mencionadas deben tener relacin Dara Doder automatizar equipos y es donde tiene aplicacin elecTRNICA.

la Mecatrica MECnica -

La Clula Mecatrnica Didctica integra todas estas reas ya que est compuesta de mecanismos, cilindros y electrovlvulas neumticas, motores elctricos, sensores, interruptores, circuitos integrados, dispositivos electrnicos, relevadores, controladores PLC y PC, etc. Es por eso que se aplica para practicar y aprender programacin, electrnica, mecanismos, interfaces, neumtica, procesos de manufactura, etc., lo cual la hace ser una Clula Mecatrnica Didctica Flexible y Aplicable para el Proceso de Enseanza - Aprendizaje.

31

3.2.2. Aplicacin en procesos manuales.

La CMD se puede utilizar para comprender movimientos de mecanismos tales como: giro del brazo, movimientos vertical Y horizontal del brazo, cierre y apertura de mano, operacin del taladro, movimiento del alimentador de piezas, sujetador de piezas en el mdulo de taladrado Y avance y paro de banda transportadora; en forma manual Ya que cuenta con interruptores 'para accionar los actuadores y led's Para indicar la operacin de todos los sensores que la integran; adems cuando los mecanismos por algn error de operacin en forma automtica han sufrido una sobrecarrera, la nica manera de corregir es en forma manual. En el capitulo 4 se explica en forma detallada su operacin.

3.2.3. Aplicacin en simulacin'de procesos automatizados.

La CMD se aplica para simular .procesos de manufactura porque cuenta con la modalidad de poder programarse ya sea por PLC o poi pc. Podemos realizar tareas tan simples como por ejemplo ordenarle que gire el taladro, que lea un sensor, etc. O tan complejas como seleccionar piezas por tipo de material y color, para despus tomar decisiones de Cmo distribuirlas. Por ejemplo: las piezas de metal blancas colocarlas en el casillero que tenga desocupado el almacn A, las piezas de madera blanca colocarlas en la parte alta del almacn B, las piezas de madera obscura hacerles un barreno y despus llevarlas al alimentador, etc.

3.2.4. Practicar lenguajes de programacin por PC.

La CMD tiene la modalidad de poder ser controlada por PC y por lo tanto podemos practicar programacin orientada a control automtico utilizando alguna tarjeta de interfaz y algn lenguaje de programacin como Vkual Basic, c, Basic, Qbasic, Ensamblador, etc. En el caso particular de este trabajo UtiliZaremOS una tarjeta de interfaz que se explica con detalle en el capitulo 4 Y el lenguaje de programacin ser el Qbasic que tambin se analiza en el captulo 4.

3.2.5. Programacin de PLC.

La programacin de PLC tambin puede ser practicada con la CMD Ya que cuenta con esta caracterstica, el PLC a utilizar puede ser de cualquier marca, solamente tiene que reunir las caractersticas de operacin principales .como son: que cuente con un mnimo de 24 entradas y 11 salidas disponibles que manejen Voltajes del orden de 24 Volts de c.d, En el caso Particular de este trabajo se utiliza un PLC marca Omron, modelo SYSmac CQMl el cual es analizado en el siguiente captulo.

38

CAPITULO 4 INSTALACION Y OPERACIN DE LA CMD

4.1. instalacin. Para la instalacin de la CMD es necesario considerar las precauciones y

seguir los pasos adecuados marcados en cada modo de operacin, adems de realizar las conexiones como se indican.

4.1 . I . Precauciones: - -

Para evitar incendios o el riesgo de descargas elctricas, no exponga la unidad a la lluvia ni a la humedad. No permita que sea operada por personal que desconozca 10s conocimientos necesarios o asegrese de contar con un asesor capacitado. - Alimente la unidad solamente con 127 Voltios de c.a. 60 HZ.

- Desconecte la unidad de la toma mural cuando no vaya a utilizarla durante mucho tiempo. Para desconectar el cable tire del enchufe, nunca del cable. No instale la unidad cerca de fuentes de calor, como radiadores O conductos de aire caliente, ni en lugares sujetos a la luz solar directa, polvo excesivo, vibraciones mecnicas o golpes. No instale la unidad en una posicin inclinada. Se dise para funcionar slo en posicin horizontal. No coloque objetos pesados sobre la unidad. Para la limpieza desconecte la toma de corriente principal. Nunca utilice limpiadores lquidos como thiner, gasolina, alcohol, etc., ya que estos pueden daar la unidad. Utilice un pao hmedo para limpiarla externamente. si nota algn Olor anormal como humo apague inmediatamente y desenchufe; avise de inmediato ai personal calificado. Cuando Sean tECeSarias piezas de repuesto asegrese que el tcnico de setvicio utilice piezas originales 0 que tengan las mismas caractersticas.

-

- - -

- -

39

4.1.2. Conexiones.

Antes de iniciar las conexiones: - Asegrese que esten desactivadas las alimentaciones de los

equipos (CMD, PLC, PC) y que la vlvula de alimentacin de aire comprimido est cerrada.

- No conecte los cables de c.a. hasta no realizar todas lac conexiones.

- Compruebe que las conexiones sean firmes. Las conexiones flojas pueden provocar distorsiones durante la operacin.

Realice las conexiones como se muestra en la fig. 4.1 .a.

Fig. 4. I .a. Conexiones

40

Como se puede apreciar en la figura anterior se indica que deber conectar 11 terminales de salida del PLC a los bornes marcados con la leyenda PI , P2, P3, ... P11, asimismo 24 entradas del PLC a los bornes con leyenda SI,S2, S3, ... S24 y el comn del PLC al borne marcado con la leyenda comn.

El conector (C3) de 50 terminales deber conectarse a la tarjeta de interfaz la cual se insertar en el slot del bus ISA del CPU.

Los conectores marcados con las leyendas C1 y C2 de 26 terminales cada uno se conectarn a los buses correspondientes provenientes de la CMD marcados con la misma leyenda.

Conecte tambin la lnea de aire comprimido al FR y regule a una presin de 4 Kgf./cm2

Una vez hechas las conexiones citadas, proceda a conectar las alimentaciones de la CMD, PC y PLC a la lnea de 127 V c.a. 60 Hz. Posteriormente encienda el equipo.

Una vez que se hayan seguido estas instrucciones el equipo quedara listo para operarlo.

4.2. Operacin Modo Manual.

En esta seccin se analiza el funcionamiento de cada uno de los interruptores del panel de control para la operacin en modo manual de la CMD.

4.2.1. Funcin de cada uno de los interruptores del panel de control.

Para iniciar la operacin en modo manual es necesario contar con todas las conexiones mencionadas en la seccin anterior. Posteriormente, proceda a activar el interruptor general del panel de control, en la fila de led's que se encuentra dentro del panel de control se observar que algunos encienden; stos indican la activacin de sensores que detectan los estados de algunos actuadores, una vez que ocurra esto la CMD estar lista y se podr empezar a operarla.

En el panel de control seleccione el modo manual desde la perilla del selector de modos. Ubquese en la seccin de control manual en donde se encontraran nueve interruptores marcados con leyendas, los cuales se explican a continuacin:

. Mesa (CW, CCW), es un interruptor de dos tiros un polo. Cuando se encuentra en posicin media esta inactivo, cuando est hacia CW el brazo gira en sentido horario y cuando se encuentre hacia CCW el brazo gira en sentido antihorario.

. Mano (sube, baja), las mismas caracteristicas que el anterior solo que se utiliza para subir o bajar el brazo.

, Mano (frente, atrs), se utiliza para mandar al frente o atrs la mano del brazo.

, Mano (cierra, abre), se utiliza para cerrar o abrir la mano del brazo. . Sujetador (frente, atrs), se utiliza para sujetar o liberar las piezas que se encuentran en la mesa del taladro. . Taladro (baja, sube), se utiliza para bajar o subir el taladro. . Taladro (gira, para), se utiliza para hacer girar o detener al taladro. . Alimentador (frente, atrs), se utiliza para mandar al frente o atrs al alimentador de piezas hacia la banda. . Banda (gira, para), se utiliza para hacer avanzar o detener la banda transportadora.

42

4.3. Operacin Modo PLC.

En esta seccin se analiza la operacin de la CMD en modo PLC describiendo el mdulo de conectores, la tabla de direcciones y algunos ejemplos de programacin. Para este modo de operacin es necesario seleccionar el modo PLC desde el selector de modos.

4.3.1. Descripcin del mdulo de conectores para PLC del panel de control.

En el panel de control se encuentra una seccin de control por PLC en donde se ubican 36 conectores tipo banana hembra de los cuales 11 estn marcados con las leyendas PI-PI1 y pertenecen a las salidas del PLC, 24 con SI4324 y pertenecen a las entradas del PLC y uno con la leyenda comn. A continuacin se muestra la tabla 4.3.a. que muestra la funcin de cada conector.

TABLA 4.3.a. Funcin de los conectores PLC

43

4.3.2. Tablas de direcciones (particular para PLC marca omron modelo sysmac CQMI).

TABLA 4.3.b. Direcciones de entradas PLC.

TABLA 4.3.c. Direcciones de salidas PLC.

44

4.3.3. Ejemplo bsico de programacin por PLC.

En general, el PLC es un dispositivo electrnico que controla una gran variedad de dispositivos a travs de la seccin de entradas/salidas. La estructura bsica de un PLC se muestra en la fig. 4.3.a. :

Mdulo de Unidad central Entradas ' (procesador) Mdulo de Sa I i d a s

I t Aciuadores

Fig. 4.3.a. Componentes de un sistema PLC

A pesar de que el PLC es un dispositivo electrnico, el usuario no tiene la necesidad de tener conocimiento acerca de microprocesadores. Hay varias posibilidades para resolver una tarea de. control con un programa PLC: son tres los tipos de programacin ms importantes:

. .Diagrama de contactos (KOP).

. Diagrama de funciones (FUP).

. Listado de instrucciones (AWL).

A continuacin se muestra cmo se confecciona un programa de PLC utilizando la consola de programacin y el tipo de programacin AWL (listado de instrucciones).

. Lista de direcciones de elementos entradas / salidas.

. Contar con el diagrama de escalera.

. Convertir el diagrama de escalera a diagrama de contactos.

. Convertir el diagrama de contactos a lista de instrucciones.

. Teclear el listado de instrucciones en la consola de programacin colocando el selector de llave en posicin "program".

45

Ejemplo: Se deska que cuando el sensor de la parte alta del almacn

" A detecte una pieza, la banda transportadora avance y cuando la deje de detectar se detenga.

Cana de tiempos

s3 - A - - L I L PI 1 -.r-ul-

Diagrama de escalera

Direcciones Diagrama de contactos

S3----Almacn "A" alto----00002 PI I---Banda avanzar/parar--IOOlO

Lista de insthcciones I I LD 00002 OUT 10010 END (01)

Operacin con las teclas deshab habilita el password Deshabilita el sonido

+ LimDia la memoria

Una vez tecleado lo anterior solo hay que seleccionar el modo RUN con el selector de llave y el programa se estar ejecutando.

46

4.4. Operacin Modo PC.

En esta seccin se explica la descripcin de las terminales del conector C3 y la interaz entre la PC y la CMD; as como la tabla de direcciones y bits, tambin algunos ejemplos de programacin en lenguaje Qbasic para control de la CMD. Para este modo de operacin es necesario seleccionar el modo PC desde el selector de modos.

4.4.1. Descripcin de las terminales del conector para PC.

En el panel de control se encuentra una seccin de control por PC en la cual se encuentra un conector de 50 terminales (C3). Este conector es usado cuando se opera la CMD en el modo PC. En este caso el sistema trabaja con niveles de voltaje l T L (5 V c.d.), cuando alguno de los censores o actuadores se activa, el nivel correspondiente es alto, en la tabla 4.4.a. se muestra la descripcin de cada terminal o pin.

SENSOR PIN ACTUADOR PIN I I I

Taladro arma I 35 IBrazogiraen CW I 11 Taladro abajo I 38 IBrazo gira en CCW I 14

Tabla 4.4.a. Descripcin de terminales conector C3.

41

4.4.2. Descripcin de la tarjeta de interfaz entre la PC y la CMD.

Esta tarjeta es utilizada con el fin de llevar a cabo la comunicacin entre una PC y el mundo exterior, que en este caso viene siendo la CMD. La tarjeta que se fabric es para empotrar en el bus ISA del CPU IBM y est configurada de tal forma que tiene 24 bits de entrada y 24 bits de salida es decir, tres puertos de entrada y tres puertos de salida, de tal modo que las direcciones y las palabras de control para las interfaces perifericas programables (PPI) son: CWl=&H303, &H9B y CW2=&H307, &H80.

La tarjeta de interfaz cuenta con un conector tipo Husing macho de 50 terminales (25*2) en el cual deber de conectarse el cable multilnea plano proveniente del conector C3 de la CMD

En la siguiente seccin se muestra la tabla de terminales, direcciones y bits para la interfaz las cuales nosisern tiles para la programacin por PC.

Taladro girarldetener Alimentador al frentelatrs Banda avanzaddetener

4.4.3. Tablas de terminales, direcciones y bits de la tarjeta de interfaz.

A continuacin se muestran las tablas 4.4.b. y 4.4.c las cuales contienen la descripcin de terminales, direcciones y bits de la tarjeta de interfaz.

PBZ &H305 &HI O 4 PBZ 8H305 8H2 1 1 PBZ 8H305 &H4 2 2 -

I CW,=&H307,&H80 (SALIDAS) I

Tabla 4.4.b. Terminales, direcciones y bits de la tarjeta de interfaz

48

~

CW,=&H303,&H9B (ENTRADAS)

Brazo enTmac6n " A Brazo en CW Fin de banda Sensor de color

PCl 8H302 &HI O 32 PCl BH302 &HZ 1 29 pc, 8H302 &H4 2 30 PC. BH302 BHB 3 27

Sensor de metal Alimentador atrs Alimentador frente Posicin error

Tabla 4.4.c. Terminales, direcciones y bits de la tarjeta de interfaz.

pc1 BH302 &HI0 4 31 pc1 BH302 BH20 5 34 pc1 &H302 &H40 6 33 pc, BH302 BH80 7 36

49

4.4.4. Ejemplos bsicos de programacin en lenguaje Qbasic

Para programar la CMD con lenguaje de programacin Qbasic es necesario contar con un diagrama de flujo del proceso que se desea realizar. Los smbolos que se utilizan para realizar un diagrama de flujo son los que se muestran en la figura 4.4.a. :

(7) DECISION 0 CONECTOR

SUBRUTINA

SALIDAS - FLUJO

Fig. 4.4.a. Simbologia para diagramas de flujo.

Una vez que se tiene el diagrama de flujo, se procede a transcribir el programa en lenguaje Qbasic y posteriormente se edita; para esto, se debe contar con el software instalado en la PC.

Ejemplo I. :

Hacer un programa que cuando se ejecute avance la banda.

Inicializar las PPI

Energizar motor de banda

(-+) Diagrama de flujo

Solucin con lenguaje Qbasic

Out &H303, &H9B (Inicializa a los tres puertos de la I,, PPI como entradas)

Out &H307, &H80 (Inicializa a los tres puertos de la 2& PPI como salidas)

Out &H305, &H4 (Energiza el motor de la banda)

End (Finaliza el programa)

5 1

Para la operacin con la PC siga los siguientes pasos:

- Ubquese en el subdirectorio DOS. Microsoft(R) Windows 98 (C)Copyright Microsoft Corp 1981-1999.

C:\WINDOWS>cd..

C:\>cd dos

C:\DOS>

- Tecle Qbasic y d enter. r

Microsoft(R) Windows 98 (C)Copyright Microsoft Corp 1981-1999.

C:\WINDOWS>cd..

C:\>cd dos

C:\DOS>qbasic

- Aparecer la siguiente pantalla:

- - -

Oprima ESC y tecle el programa. Unavez tecleado, vaya a ejecutar y a reiniciar Una vez reiniciado presione F5.

AI realizar lo anterior la banda avanzara.

52

Ejemplo 2. :

Crear un pro no exista pieza en el fin di interruptor de fin de banda sta se detenga, y cuando sea removida la pieza vuelva a arrancar

a que haga girar la banda transportadora cuando da, de tal forma.que cuando se accione el

Solucin:

Diagrama de flujo Inicializar las PPI

I

/

/ Esta accionado el

interruptor de fin de banda?

//- Desenergizar motor de banda

Programa Out &H303, &H9B ( Inicializa los tres puertos de la ler PPI como entradas). Out &H307, &H8O ( Inicializa los tres puertos de la 2da PPI como salidas).

X=INP(&H302) ( Identifica el estado de todos los censores del puerto PCI), X=X And &H40 If X=O Then Out &H305, &H4 (si el sensor esta desenergizado avanza). Out &H305, &HO Goto A End ( Fin).

A:

( Enmascara al bit 2 del puerto PCI).

(si est activado, la banda se detiene). ( Regresa a leer el estado de los sensores).

53

CONCLUSIONES:

AI trmino del perodo establecido se logr construir la Clula Mecatrnica Didctica, cumpliendo as con una parte del objetivo planteado.

AI paso de un tiempo se logr cumplir con el objetivo, ya que el prototipo se ha convertido en una herramienta de trabajo para el proceso de enseanza- aprendizaje en un centro de educacin superior y adems despert el inters de contar con ms equipos similares, que a la fecha se estn reproduciendo en mayor cantidad para ser distribuidos a ms planteles educativos.

Los conocimientos recibidos durante la especializacin fueros vitales para la realizacin de este proyecto ya que se aplicaron tcnicas adquiridas y estn aplicadas en el prototipo, tales como: maquinado de piezas, aplicacin de sistemas neumticos, ensamble de elementos mecnicos, diseo de tarjetas electrnicas, programacin, aplicacin de sensores, entre otras.

Dos problemas que no se lograron resolver, fueron el control del mdulo del brazo .en la posicin media del movimiento vertical debido a la mala aplicacin de un cilindro neumtico de doble efecto, y .la falta de control de operacin de actuadores para evitar choques por mala operacin ya que en aquel tiempo no se contaba con la experiencia para colocar un sistema controlador de seales; sin embargo, se dejaron disponibles las seales para que en un futuro se le pueda implementar.

Se recomend para la nueva reproduccin, el cambio del movimiento vertical del brazo por un sistema motorizado acoplado a un husillo y la implementacin de dispositivos lgicos programables (PLD) o algo similar para el control de seales y as asegurar la integridad fsica del equipo.

Se hace una invitacin extensiva a los lectores a realizar trabajos en equipo, sus servidores estamos seguros que as se logran metas ms fcil que de forma aislada.

54

BIBLIOGRAFA:

- OGATA Katsuhiko. Dinmica de Sistemas Editorial Prentice Hall, Primera edicin, Mxico 1987, 619 p

- NORTON Robert L. Diseo de Mquinas Editorial Prentice Hall, Primera edicin, Mxico 1999, 1080 p

- BEER P. Fernand Y ROSSEL Jhonson E. Mecnica Vectorial para Inqenieros "DINAMICA Editorial McGRAW.-HILL, Sexta edicin, Mxico 1998, 1316 p.

- MORRIS Mano M. Diseo Diqital Editorial Prentice hall, Primera edicin Mxico 1992 491 p

- FREDERICK J. Y PETERSON Gerald Teora de Conmutacin v Diseo Laico Editorial Limusa Novena reimpresin en espaol de la Segunda edicin en ingles, Mxico 1990, 644 p.

- MOTOROLA Fast and LS TTL Data Primera edicin USA 1992.

- NATIONAL Semiconductor Fast Advanced Schottky TTL Logic Data Book Edicin U.S.A. 1990.

- NTE Semiconductors Septima Edicin U.S.A. 1995.

- OMRON Photomicrosensor Product Data Book Edicin U.S.A. 1997.

5 5

APNDICE I

i l ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ MECNICOS~~

56

I - I -c

I I

1 1 BASE PRINCIPAL

u I I

LAM. C.R.S. CAL. 10 705x805x3.5

3338 I

ESCAIA FECHA DIBUJO N O V . - ~

1:lO.W ACOTACION

C. N. A. D. NOMBRE J. M. RPERAG. MEXICO D. F. DIBUJO No.

1 BASE PRINCIPAL mm , ESPECIAI.IDA0 MECATRONICA APROBO N0V:OO ING. ROMAN R. G.

i r - I T

1 TAPA SOPORTE LAM. C.R.S. CAL10 300X300X3.5 1

TAPA SOPORTE

: a r

I DIBUJO No.

DESCRRT,I(*I PLRTE WTERYL M W O S E N E R m OBSWNAODIES I

1 2

ESCALA 12.41

4COTACION mm.

C. N. A. D. FECHA NOMBRE DIBUJO NOV.-OO J. M. RIVERA G. MEXICO D. F APROBO NOV.-O0 ING. ROMAN R. G. ESPECIALIDAD: MECATRONICA

P

3

,c* I i I t I

ESCALA nm. I FECHA j ?flMBRE pr :OTACION b1.8

DIBUJO NW.-00 ING. J. H. RIVERA G. APRUBO NOV.-OOI ING. ROMAN R. G.

-@- I DISCO GlRATORiC

~~

I ?5- ! I i %avKi3 iLiBD*TuiEiim

c, N: A , n, MEXICO E. F.

ESPECIALXDAD: HECATRONICA

!DIBUJO No. I I 3 i I 4

J.?!-

1

1 3

I N

LAM. C.R.S. W. 12 3Jx65xw BASE REGULADOR DE PRESION

- u-

ESCALA 1 :2.75

ACOTACION mm.

C. N. A. D. FECHA NOMBRE DIBUJO NOV.-O0 ING. J. kl. RIVERA G. MEXICO D. F. APR^B@ NOV.-OO ING. ROMAN R. G. ESPECIALIDAD: MECATRONICA

1 BASE REGULADOR DE PRESK)N I

L

1 1 ALIMENTADOR

L I LAM. C. R. S. CAL. 12 500X70X3 I

1 I I i i c

ESCALA 111.97

lCOTACION nm.

i

2, N A d D, FECHA NOMBRE MEXICO D. F, OIBUJO NOV.-O0 ING. J. M, RIVERA G,

APROBO NOV.-O0 ING. ROMAN R, G. ESPECIALIDADI MECATRONICA

6 DIBUJO No,

ALIMENTADOR

1' F

1 E A N M TFANSPORTADORA I

j

ALUMN4 10(3(510X3.2 I

I m I

ESCALA

ACOTACION mm

1 2 7 2

e

C. N. A. D. FECHA NOMBRE I DIBUJO NOV-M) ING J M RIVERAG MEXICOD F. APROBO NOV.40 ING R0MANR.G ESPEClrVIDWD: MECATRONICA

DIBUJO No. BANDA TRANSPORTADORA 7

4 N -1

1 1 BASE nE BARRENADO

i t

I L M . C R S. C A L 12 1 200X600X3

5

*NT UEScI)LPcW PAWE WlOU4L

4 T

SEN^ I oBxERv-

I i T:

ESCALA FECHA NOMBRE 1 0

4CUTACION DIBUJO NOV.-OO ING. J. M. R I V E R A G.

nn. APROBO NOV.-O0 ING. ROMAN R. G.

-a-+ BASE DE BARRENADO

t lS7 1

C, N, A, D, MEXICO D. F.

ESPECIAL IDAD MECATRONICA DIBUJO Nc

8

10 I

I I

ESCALA 111.5

nn. -DIBUJO COTACIEN

e@

o U 9 Q q ~

C, N, A , D, FECHA NOMBRE NOV.-O0 ING. L. M. RIVERA G. MEXICO D. F. APRCBO NOV.-O0 ING. ROMAN R. G. ESPECIALIDADl HECATRONICA

DIBUJO No. SUJETADOR DE PIEZA

- i

o 4

7 I

1 1.00 1-

I t I I

! I I

-~O,OD.

4 1 5 . 9 9

c

-5m

, ...I(-

:*NT.

I l l

DSCIPCIM. ?ARTE WTERUL MEDIMS EN BRUTO OSSERVAUONEC

I u i

ESCALA 1:3

i\COTACION - mm.

C. N. A. D. FECHA NOMBRE - DIBUJO NOV.-O0 J. M. RIVERAG. MEXICO D. F. APROBO NOV.40 ING. ROMAN R. O. ESPECIALIDAD: MECATRONICA

e I ALMACEN 3 NIVELES

11

ALUMINIO LAMINADO I 3 2 X 3 2 Y 5 O O 1 I BRAZO MOVIMIENTO VERTICAL un. - rrm l!ATRuL * I I I D U m m m-

C . N. A. D. ESCALA FECHA NOMBRE l:3 ~ ACOTACION DIBUJO NOV.-O0 ING. J. M. RIVERA G. MEXICO D. F.

mm. APROBO NOV.-O0 ING. ROMAN R. G. ESPECIALIDAD: MECATRONICA DIBUJO No e e E3RAZO l@l~W%IOENUO VERTUCAR 41

I

I-c 15

11 -+4- 2d.1 - I I

I

I I I 48 I I

98

ESCALA 1.1

4COTACION mm.

C. N. A. D. FECHA NOMBRE DIBUJO NOV.-00 ING. J. M. RIVERA G. MEXICO D. F. APROBO N0V:OO ING ROMANR G ESPECIALIDAD: MECATRONiCA

-1 MANO (MORDAZA) I

APNDICE 2

1 DIAGRAMAS ELCTRICOS Y ELECTRNICOS

70

XI n 9 12 P n .

mo3w

011v I

Nld

i --I fr

L

.

--i; E

I -

I; z Y 6

I

F

Y Y

n U

z 3

-

L

5 L u

4 -

APNDICE 3

"TABLAS DE CARACTERSTlCAS TECNICAS"

84

1 PARTEI DESCRIPCI~N I MARCA I MOD.INO.PARTE I UBICACIONIFUNCI~N I

!

I

S1,S2 SENSOR MAGNTICO'P1 CIL. NEUMTICO OMRON SR-101 TALADRO

S22,S23 SENSOR MAGNTICO P/ CIL. NEUMTICO OMRON SR-101 ALIMENTADOR DE PIEZAS

is345 SENSOR FOTOELCTRICO OMRON EE-SE5 ALMACENES

V,,,t,l"d 7

V / < i i i '

- l0,5

19.3 2. t

5.74 1.05 9.75

2*25 3,51 1,55 8,6 I 6,9 8.0 781 B,9 7,Ob

21#42 0,06 6,lO 0,53 1,74 7.3

\0,?1 0.91 0.55

961 660

1 O63 704

\ i U J 17 1

3550 3600

050 32 I 775

I 492 I800 I O U 3 1535 1 4 .I3

63 U 2 6 1 O0 650

1 1 4 4 1610

90 1 1 1 5

0,000 o a t 0.000 01 4 0,000 o I I

0,IlOO 011 O,(tOO O I3

u.000 u00 0,000 O0 1

0,OU 019

0,ouo o I 5 0,000 007 0.000 01 7 0,000 01 2 0,000 O06 0,000 0u4

0,UOU 0511 0.000 026 o;ooo o i j 0,000 00s 0.000071 0,000 007 1:"

- Ili*i. l t t , l o

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- I 4 5 3

I4 3?7

1769 700 113 630 217

1410 232

3030 1817 le12 1132 1730 3380

420 . le32 .: rig .- 159 - 272 .- 210 -- 249 .-. 2 19 -

Coul l . 'IllLlIec. h i a d (r

I ~ O i O

I ' e

0,000 o1 3 0,000 124 0,000 019 0,000 00Y

0,000 064 0,000 o1 1 0,000 037 0,000 00u 0,000 023 0,000 O07 0,000 o1 1 0,000 009

0,000 O04 0,000 016 oioou o03

.__

-1

TABLA: 2.1

Crciilu

1. = I. = in+ lo = in+

Eemlclrciilo

I . = I , = in+ l o = 1.r'

Ciiurio ile ciciilo

lY 1"'

""I CEN I DET /:E:NTRO DE INFOWCION TABLA: 2.2 8 3 - 0 2 4 6

cciCONTROLCensoresMdulo de taladrado1.1 2 Mdulo de almacenes

1 I 3. Mdulo de brazoI 1.4 Mdulo de banda transportaMdulo de alimentacin de

lnterfaz de entradas para adecuControl manual:Control por PLCControl por PClnterfaz de salidaspara controilnterfaz de potencia para actuadoresActuadores1.8.1 Mdulo de brazo1.8.2 Mdulo de taladrado1.8.3 Mdulo de alimentacin de piezas1.8.4 Mdulo de banda transportadora

CAPTULO 2 DISEO MECNICOClculos de los elementos y mecanismos2.3.1 Mdulo de brazo (momentos de inercia y torque)

elementos mecnicos2.4.1 Proceso de fabric

Descripcin general de la Clula Mecatr3.1 I. Caractericticas de operacin3.1.2 Descripcin de mdulos que la inte3.1.3 Descripcin del panel de control

Aplicacin de la Clula Mecatrnica Didcticaelctricos electrnicos y de control como PLC y PC3.2.2 Aplicacin en procesos manuales3.2.3 Aplicacin en simulacin de procesos automatizados3.2.4 Practicar lenguajes de programacin por PC3.2.5 Programacin de PLC

CAPTULO 4 INSTALACIN Y OPERACIN DE LA CMD4.1 Instalacin4.1 l. Precauciones4.1 2 Conexiones

4.2 Operacin modo manual4.2.1 Funcin de cada uno de los interruptores del panel de control

4.3 Operacin modo Piccontrolmodelo sysmac CQMI)4.3.3 Ejemplos bsicos de programacin por PLC

4.4 Operacion modo PC4.4.1 Descripcin de las terminales del conector para PC4.4.2 Descripcin de la tarjeta de interfaz entre la PC y la CMD4.4.3 Tabla de terminales direcciones y bits de la tarjeta de interfaz4.4.4 Ejemplos bsicos de programacin en lenguaje Qbasic

CONCLUSIONES Y SUGERENCIASBIBLIOGRAFIAAPNDICES