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Sistema de Control y Reprogramación de la Producción basado en Captura Inalámbrica de Datos en Planta

Departamento de

Tecnología Electrónica


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Introducción. Problemática a resolver

Tecnologías empleadas para la implementación del Sistema de Captura de Datos en Planta (SCDP)› RFID

› Redes de datos inalámbricas (ZigBee)

Hardware del SCDP

Aplicación software para la explotación del SCDP

Conclusiones y futuras líneas de investigación


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En este trabajo se presenta un SCDP de bajo coste y de fácil despliegue, que sirve a empresas con bajo grado de automatización, que no disponen de sistemas automatizados de recogida de datos en planta. Un ejemplo de este tipo de empresas son aquellas que tienen organizados su centros de producción en talleres funcionales.

Para conseguir este objetivo se han empleado dos tecnologías: la IDentificación por Radio Frecuencia (RFID) y las redes de datos inalámbricas.

Este sistema facilita la introducción de datos, de forma semiautomática, en los sistemas de información de la empresa (ERP), para la realización control y la reprogramación de producción.

Ejemplo de movimiento de productos en un

taller organizado en configuración Job-Shop

Información

planta

Información

ERP

Control y reprogra-mación

de la producción


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El RFID permite identificar artículos, sin contacto óptico entre el lector y la etiqueta, mediante radiofrecuencia. Presenta otra gran ventaja respecto a otros métodos de identificación, como los códigos de barras, y es que permite la lectura simultánea de múltiples etiquetas.

Este tipo de tecnología permite implementar SCDP semiautomáticos, que proporcionan datos de calidad y con una mínima intervención por parte de los operarios de producción.

Estructura típica de un sistema RFID


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Para la implementación de la comunicación entre los distintos nodos de la redes, se seleccionó una red inalámbrica de bajo coste

y volumen de datos, en concreto el protocolo ZigBee.

Este norma permite definir distintas estructuras de red empleando para ello tres nodos básicos:

› Coordinador de red (AP). Controla y coordina la red.

› Enrutador (Router). Elemento que actúa de puente entre los

nodos, para incrementar el tamaño de la red.

› Dispositivo final (EndDevice). Donde se sitúan los elementos de captura

Nombre

mercado

Estándar

ZigBee

802.15.4

BluetoothTM

802.15.1Wi-FiTM

802-11bGSM/GPRS

CDMA

Aplicación principal

Control y monitorización

WPAN (Conexión

dispositivos)

WLANTransmisión

de voz y datos

Memoria necesaria

4KB – 32 KB

250KB+ 1MB+ 16MB+

Vida baterías (días)

100 – 1000+ 1-7 0,5 – 5 1 – 7

Tamaño red (nodos)

65000 7 32 1

Velocidad (Kbps)

20 – 250 720 54 Mbps 64 – 128

Cobertura (metros)

1 – 1000 10 100 1000+

Parámetros importantes

Bajo consumo y coste

Coste y facilidad

Velocidad flexibilidad

Alcance y calidad

Estructuras bajo la norma 802,15,4

Comparativa distintas redes inalámbricas


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La red de captura desarrollada tiene una estructura en estrella, para su implementación se ha empleado los transceiver XBEE del fabricante Digi.

Se han configurado dos elementos en la red:› El coordinador, que estará

conectado mediante un puerto USB al PC, que recopila toda la información del SCDP.

› Enrutador/Dispositivo final. Para la implementación de este componente se ha definido un adaptador entre el lector RFID y la red ZigBee, basado en un microcontrolador Atmega 328.

Detalle de la configuración del coordinador

Dispositivo Enrutador / Dispositivo final


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Etiqueta OF, operario

Nodo 1

Nodo 2

Nodo “n”

Nodo 3Servidor

Coordinador

La comunicación parte siempre del coordinador de la red mediante peticiones Broadcast. Estas

llegan a todos los lectores, los módulos Xbee, pasan esta información al Atmega que decide si es

para él o no, en caso afirmativo le envía una petición de lectura a lector RFID. Este dato se envía a

microcontrolador y pasa nuevamente al módulo Xbee para su transmisión vía radio al coordinador.


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Este trabajo tiene por objetivo realizar un SCDP que permita:› Gestión de activos. La tecnología RFID permitirá

saber en todo momento cuál es la ubicación en la planta de: materiales, herramientas, útiles…

› Medición de tiempos. Con el sistema de captura de datos, se podrá medir de forma automática tiempos de inactividad y actividad para cada OF determinada. Estos datos permitirán calcular costes reales de fabricación de los productos.

› Conocimiento en tiempo real la situación de la planta de fabricación, y teniendo en cuenta esta información se podrá realizar la reprogramación de la producción.


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Para conseguir estos objetivos, el software desarrollado está dividido en dos partes:› Aplicación para la captura de datos.

Este software realizado en C#, se encarga de enviar las peticiones de lectura a los distintos elementos de captura de la red y de grabar estos datos en la BBDD del sistema.

› La base de datos de la aplicación. Este sistema actúa como Middleware, filtrando la gran cantidad de datos que genera el SCDP. En distintas tablas se almacenan las Ordenes de Fabricación (OF) que se están ejecutando en cada una de la máquinas del taller. Con la información de estas tablas se conocerá en tiempo real, la ubicación de los activos en el taller y los tiempos de ejecución y espera de cada una de las OFs, así como los operarios que realizan cada una de las operaciones.

Detalle de la consola de la aplicación de captura de datos

OF con su etiqueta RIFD

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Sinóptico de la planta de producción


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Para mejorar la eficiencia del sistema SCDP, el siguiente paso fue integrar los datos obtenidos

con la información del ERP de la empresa. Para ello se realizó un nuevo módulo de

fabricación para la aplicación de gestión de software libre OpenERP. En dicho módulo se han

añadido integrado la información proporcionada por el SCDP.


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En este artículo se presenta un novedoso sistema de captura de datos en planta para empresas con bajo grado de automatización, que necesiten información en tiempo real con la finalidad de mejorar la gestión de sus talleres de fabricación.

El sistema que se presenta en este trabajo tiene la ventaja, respecto a los actuales SCDP basados en terminales táctiles de comunicación hombre-máquina, de que la recogida de información se realiza con una mínima intervención por parte de los operarios. Esta característica hace que los datos recogidos sean más fiables y que no se incrementen los tiempos improductivos de los empleados.

Partiendo de la información adquirida, se ha desarrollado una aplicación software que permite mejorar la gestión de los talleres de tipo Job-Shop, proporcionando información para:

› Gestión de activos.

› Medición de tiempos de ejecución, espera…

› Conocimiento en tiempo real la situación de la planta de fabricación.

El funcionamiento de la aplicación se ha experimentado en el laboratorio del departamento de Tecnología Electrónica con datos reales aportados por una empresa del sector del metal de Vigo. Una vez finalizadas las pruebas, la aplicación se implementará definitivamente en la empresa.

En futuros trabajos se pretende desarrollar una variante de este sistema basado en la utilización de tablets y lectores de códigos de barras.

MUCHAS GRACIAS POR SU INTERES

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