UNIVERSIDAD LA SALLE

NOROESTE

PROYECTO FINAL MPS

“Estación de verificación”

EQUIPO:

Sergio Villegas Castillo

Jesús Enrique Osuna

Jesús Ramón Serrano Félix

PROFESOR:

Miguel Alejandro Burrola G.

29 de Mayo del 2015, Cd. Obregón, Son.

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Índice

INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 2

MARCO TEÓRICO ............................................................................................ 3 ¿QUE ES UN PLC? ......................................................................................... 3

GRAFCET ....................................................................................................... 5

SISTEMA DE PRODUCCIÓN MODULAR (MPS) ....................................................... 6

LINEA DE PRODUCCIÓN ............................................................................... 7

Estación de Distribución: MPS para empezar .............................................. 7

Estación de verificación: Enfoque en sensores ........................................... 8

Estación de Procesamiento: Puramente eléctrica ....................................... 9

Estación de separación: Flexibilidad .......................................................... 10

SIMATIC 7 ..................................................................................................... 11

DESARROLLO ........................................ ........................................................ 13 Conociendo la estación de testing………………………………………….13

Proceso de la estación………………………………………………………15

Código en SIMATIC7………………………………………………………..16

RESULTADOS ........................................ ......................................................... 23

APÉNDICES………………………………………………………………………….24

CONCLUSIÓN ................................................................................................. 26

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Introducción

Porque implementar Producción Modular.

Quizás algunas de las razones más fuertes por lo que se debe de implementar la producción modular es:

• Reducción de los costos de producción • Incremento en la calidad del producto • Reducción de porcentaje de rechazos • Aprovechamiento de los espacios de la planta • Desarrollo del potencial personal • Desarrollo de operaciones multifuncionales • Condiciones de trabajo iguales para todos • Movilización de los materiales por demanda

Estas son algunas razones expuestas para llevar a cabo la implementación del sistema de manufactura auxiliar.

VENTAJAS

Los siguientes incisos nos indican cuales son las ventajas que se tiene al aplicar un sistema de producción modular, estos son:

A) Condiciones de trabajo iguales para todos (balanceo de tiempos) B) Menos cambio de operación C) Menos rutinas en el trabajo, ya que debe haber versatilidad en el

conocimiento de varias operaciones D) Pago igual para todos E) Eficiencia igual para todos F) Ayuda mutua G) Mejor control del operador hacia la producción en general H) Mayor participación del operador en la solución de problemas I) Mínimo inventario en proceso J) Mínimo de materia de desecho K) Mínimo de gente requerida L) Los materiales se mueven por demanda

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Marco Teórico

Con la llegada de los autómatas programables, los llamados PLC, la industria sufrió un impulso importante, que ha facilitado de forma notable que los procesos de producción o control se hayan flexibilizado mucho. Encontramos PLC en la industria, pero también en nuestras casas, en los centros comerciales, hospitalarios, etc. También en nuestras escuelas de formación profesional encontramos frecuentemente autómatas programables. PLC son las siglas en inglés de Controlador Lógico Programable (Programmable Logic Controller). Cuando se inventaron, comenzaron llamándose PC (Controlador programable), pero con la llegada de los ordenadores personales de IBM, cambió su nombre a PLC (No hay nada que una buena campaña de marketing no pueda conseguir). En Europa les llamamos autómatas programables. Sin embargo, la definición más apropiada sería: Sistema Industrial de Control Automático que trabaja bajo una secuencia almacenada en memoria, de instrucciones lógicas.

¿QUE ES UN PLC?

El PLC es un dispositivo de estado sólido, diseñado para controlar procesos secuenciales (una etapa después de la otra) que se ejecutan en un ambiente industrial. Es decir, que van asociados a la maquinaria que desarrolla procesos de producción y controlan su trabajo.

Como puedes deducir de la definición, el PLC es un sistema, porque contiene todo lo necesario para operar, y es industrial, por tener todos los registros

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necesarios para operar en los ambientes hostiles que se encuentran en la industria.

¿QUÉ HACE UN PLC?

Un PLC realiza, entre otras, las siguientes funciones:

• Recoger datos de las fuentes de entrada a través de las fuentes digitales y analógicas.

• Tomar decisiones en base a criterios pre-programados. • Almacenar datos en la memoria. • Generar ciclos de tiempo. • Realizar cálculos matemáticos. • Actuar sobre los dispositivos externos mediante las salidas analógicas y

digitales. • Comunicarse con otros sistemas externos.

VENTAJAS Y DESVENTAJES DE UN PLC

Las ventajas de los PLC son las siguientes:

1. Menor tiempo empleado en la elaboración de proyectos debido a que:

• No es necesario dibujar el esquema de contactos. • No es necesario simplificar las ecuaciones lógicas ya que, por lo

general, la capacidad de almacenamiento del módulo de memoria es lo suficientemente grande como para almacenarlas.

• La lista de materiales a emplear es más reducida y, al elaborar el presupuesto correspondiente, se elimina parte del problema que supone el contar con diferentes proveedores, distintos plazos de entrega, etc. 2. Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado y

añadir aparatos. 3. Mínimo espacio de ocupación 4. Menor coste de mano de obra de la instalación 5. Economía de mantenimiento. Además de aumentar la fiabilidad del

sistema, al eliminar contactos móviles, los mismos autómatas pueden detectar e indicar posibles averías.

6. Posibilidad de gobernar varias máquinas con un mismo autómata. 7. Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al

quedar reducido el tiempo de cableado. 8. Si por alguna razón la maquina queda fuera de servicio, el autómata

sigue siendo útil para controlar otra máquina o sistema de producción.

Las desventajas de los PLC son las siguientes:

1. Hace falta un programador, lo que exige la preparación de los técnicos en su etapa de formación.

2. La inversión inicial es mayor que en el caso de los relés, aunque ello es relativo en función del proceso que se desea controlar. Dado

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que el PLC cubre de forma correcta un amplio espectro de necesidades, desde los sistemas lógicos cableados hasta el microprocesador, el diseñador debe conocer a fondo las prestaciones y limitaciones del PLC. Por tanto, aunque el coste inicial debe ser tenido en cuenta a la hora de decidirnos por uno u otro sistema, conviene analizar todos los demás factores para asegurarnos una decisión acertada.

GRAFCET

Actualmente es una herramienta imprescindible cuando se trata de automatizar procesos secuenciales de cierta complejidad con autómatas programables. El GRAFCET es un diagrama funcional que describe la evolución del proceso que se quiere automatizar. Está definido por unos elementos gráficos y unas reglas de evolución que reflejan la dinámica del comportamiento del sistema. Todo automatismo secuencial o concurrente se puede estructurar en una serie de etapas que representan estados o sub-estados del sistema en los cuales se realiza una o más acciones, así como transiciones, que son las condiciones que deben darse para pasar de una etapa a otra.

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ESTRUCTURAS DEL GRAFCET Existen procesos que requieren estructuras más complejas en las que se representan bucles, tomas de decisiones o tareas simultáneas que deben sincronizarse. Para estos casos el GRAFCET dispone de otras estructuras básicas a partir de las cuales pueden generarse los diagramas de dichos procesos. SECUENCIA LINEAL La secuencia lineal es la estructura más simple posible y consiste en una sucesión de etapas unidas consecutivamente por las líneas de evolución y condiciones de transición. Dentro de un tramo de secuencia lineal solamente una etapa debe estar activa en un instante determinado. Se activa una etapa cuando se encuentra activada la anterior y se cumplan las condiciones de transición entre ambas. La activación de una etapa implica la desactivación de la anterior. Una secuencia lineal puede formar parte de una estructura más compleja.

Sistema de Producción Modular (MPS)

El Sistema de Producción Modular, se define como un área determinada de trabajo para manufacturar un producto, se trabaja con flujo continuo, se procesa pieza por pieza desde la primera operación hasta su empaque final. En este sistema Modular, cada módulo está constituido por una dotación estable de operarios, determinada de modo que mantengan el balance de la línea, únicamente una pieza es la que circula entre operación y operación, eliminando de esta manera, el improductivo manejo de paquetes, característicos de nuestra industria. En la línea modular no existen los paquetes, las piezas pasan una a una, de mano en mano, habiendo teóricamente en cada puesto de trabajo una pieza. Considerando que un balanceo de línea perfecto no existe, en la práctica tendremos a lo sumo cuatro o cinco piezas en stock por puesto de trabajo. El significado de línea o sistema Modular, es una combinación de técnicas modernas de la filosofía de ¨Justo a Tiempo¨.

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Esta nueva forma de trabajo lleva consigo una redefinición de la superficie del área de producción. Pasamos de los puestos de trabajo en línea recta, uno detrás del otro, con alcanzadores, acarreando paquetes entre operaciones a líneas en forma de ¨Ü¨ ¨L¨ ¨T ¨ o semicirculares, con una distribución de las máquinas y puesto de trabajo que favorezcan la integración y la colaboración de la persona. El bajo nivel de stock con que funcionan estas líneas, las hace especialmente aptas cuando haya que confeccionar distintos artículos en lotes pequeños, los cambios de maquinaria o productos que fuesen necesario adaptar a la línea se hacen rápidamente debido al bajo nivel de stock en proceso, obteniéndose en pocos minutos las primeras piezas terminadas del nuevo producto. El sistema Modular, es un cambio profundo de naturaleza ¨TECNICO - FILOSOFICO¨ en la forma de operar de la empresa, que nace a partir de nuevas exigencias del mercado. Estos cambios no son solo tecnológicos, principalmente implican una nueva ¨Actitud de los integrantes de la empresa¨, no importa su nivel jerárquico, tendiente a crear en un marco de mejoras continuas un sistema de manufactura flexible enfocado a satisfacer las necesidades del mercado como objetivo primario. Manufactura Modular es sinónimo de predisposición al cambio, búsqueda continua de mejoras, libre pensamiento, responsabilidad y mentalidad ganadora.

LINEA DE PRODUCCIÓN

Estación de Distribución: MPS para empezar

Función

La estación de Distribución separa piezas. Hay hasta ocho piezas en el tubo del almacén de apilado. Un cilindro de doble efecto expulsa las piezas individualmente. El módulo Cambiador sujeta la pieza separada por medio de una ventosa. El brazo del cambiador, que es accionado por un actuador giratorio, transporta la pieza al punto de transferencia de la estación posterior.

Tecnología especial: Actuador semi-giratorio

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La estación de Distribución utiliza varios actuadores, todos ellos son componentes industriales. El actuador giratorio del brazo basculante puede ajustarse a diversos ángulos entre 0° y 180°. Las posiciones finales son detectadas por medio de microrruptores. Un cilindro lineal de doble efecto empuja la pieza extrayéndola del almacén de apilado. Las posiciones finales son detectadas utilizando sensores de proximidad.

Pinzas especiales: Pinza de aspiración

La pinza de aspiración del módulo Cambiador sujeta la pieza. El vacío es generado en la placa de vacío del terminal de válvulas CP por medio del principio Venturi y es supervisada por un presostato. El punto de conmutación del presostato es ajustable.

Estación de verificación: Enfoque en sensores

Función

La estación de pruebas detecta las diversas propiedades de las piezas de trabajo insertado en él. Se diferencia piezas de trabajo con la ayuda de un óptico y un sensor capacitivo. A monitores sensor retro-reflectante si el espacio operativo esté libre antes de que la pieza de trabajo se eleva a través de un cilindro lineal. Un sensor analógico mide la altura de la pieza de trabajo. Un cilindro lineal guía piezas correctas a través de la corredera de aire superior a la estación cercana. Piezas defectuosas son rechazadas a través de la corredera de aire inferior.

Top Topic: Sensores

La estación de Pruebas emplea todos los tipos básicos de sensores industriales en aplicaciones típicas: sensores de proximidad ópticos y capacitivos y sensores retrorreflectantes ópticos. Estos se complementan con varios finales de carrera del cilindro (inductivo, magnético).

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Opción: procesamiento de valores analógicos

Un sensor analógico detecta la altura de la pieza de trabajo, que se eleva desde abajo por un cilindro lineal y se presiona contra el dispositivo de medición. Un comparador evalúa la señal del sensor y esta pasa como una señal digital. La señal analógica también está disponible en una terminal separada - que permite la conexión a la caja de simulación o un PLC con un módulo analógico.

Estación de Procesamiento: Puramente eléctrica

Función

En la Estación de procesamiento, las piezas se prueban y se procesa en un plato divisor. Esta estación sólo utiliza accionamientos eléctricos. La mesa de indexación giratoria es accionada por un motor de corriente continua. La tabla se coloca por un circuito de relé, con la posición de la tabla que se detecta mediante un sensor inductivo. En el plato divisor, las piezas se prueban y se perforaron en dos procesos paralelos. Una sonda de solenoide con un sensor inductivo comprueba que las piezas de trabajo se insertan en la posición correcta. Durante la perforación, la pieza de trabajo

se sujeta por un accionador de solenoide. Piezas terminadas se transmiten a través de la puerta de clasificación eléctrica.

¡Atención! - Operación de taladrado

Del taladro de alimentación se lleva a cabo por un eje lineal eléctrico con un motor de corriente continua, que es controlado a través de un arrancador reversible. Las posiciones finales se detectan por medio de micro interruptores. El taladro es completamente funcional, pero por razones de seguridad los procesos de perforación solamente se simulan.

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Eléctrico solamente: Muchas unidades diferentes

La estación requiere la programación de dos procesos ejecutados en paralelo: las pruebas de perforación y taladro. Esta estación también ofrece una gama de diferentes unidades:

• Taladro DC • DC motor en plato divisor • Accionamiento lineal eléctrico para la alimentación de perforación • Puerta de la clasificación eléctrica • Actuador de solenoide en el módulo de sujeción y el módulo de Testing

Estación de separación: Flexibilidad

Función

La estación de separación diferencia piezas de trabajo en función de su profundidad del agujero perforado y los separa en dos direcciones de flujo de materiales diferentes.

Las piezas de trabajo colocadas sobre el transportador se transportan hasta el punto de medición de la profundidad. Un sensor difuso analógica comprueba la profundidad del agujero perforado. Las piezas de trabajo del tipo "cuerpo del cilindro" (agujero profundo) son transportados hasta el final de la cinta transportadora. Las piezas de trabajo del tipo "vivienda" (agujero superficial) se dirigen hacia la parte trasera a través de la segunda cinta transportadora

usando una puerta ramificación neumática con motor rotativo. De fibra óptica a través de sensores de haz con sensores ópticos monitorear el flujo de materiales en los transportadores.

La estación de separación puede ser complementada con estaciones MPS® aguas abajo en dos direcciones.

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Analógicos y digitales

Los suministros de sensores difusos tanto un analógicas y una señal de salida binaria. Esto facilita diferentes niveles de formación. La salida de conmutación binaria puede adaptarse al requisito de medición por medio de una simple etapa teach-in.

Montaje flexible

La estación de separación permite la creación de líneas de montaje flexibles que utilizan estaciones MPS®. Procesos de montaje combinadas como conjunto de cilindro y montaje de las piezas de trabajo insertos en la vivienda se pueden realizar utilizando la estación de separación.

Para manipular estos MPS se usó el software SIMATIC 7

SIMATIC 7

STEP 7 Professional es la herramienta de ingeniería más moderna para la configuración y programación de todos los controladores SIMATIC. Para las tareas sencillas de visualización con los SIMATIC Basic Panels también se incluye SIMATIC WinCC Basic. STEP 7 (TIA Portal) - es el sistema de ingeniería para cada fase del ciclo de vida de la producción que permite:

• Reducir el tiempo invertido en ingeniería gracias a las innovaciones del habla así como a las funciones integradas y a la configuración gráfica.

• Puesta en marcha rápida con la localización de errores eficiente a través del diagnóstico del sistema integrado, del seguimiento en tiempo real y las funciones en línea.

• Menor tiempo de parada gracias al mantenimiento a distancia sencillo y al diagnóstico con el servidor web y el Teleservice.

• Seguridad de las inversiones con la reutilización de componentes, las librerías y la compatibilidad.

STEP 7 (TIA Portal) le ayudará a solucionar las tareas de ingeniería de forma intuitiva y eficiente. Totally Integrated Automation Portal convence en todos los pasos de trabajo y programación gracias a su claridad, a la guía inteligente del usuario y a los procesos cómodos.

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Las funciones como "arrastrar y soltar", "copiar y pegar" o IntelliSense agilizan y facilitan el trabajo de forma decisiva. Lenguajes de programación IEC - Potentes editores y compiladores de rendimiento

• Texto estructurado (SCL) • Esquema de contactos (KOP) • Diagrama de funciones (FUP) • Lista de instrucciones (AWL) • Programación secuencia (GRAPH)

Los conocidos paquetes opcionales S7-SCL, S7-GRAPH, S7-PLCSim, documentación de instalaciones y Teleservice de STEP 7 V5.5 ya están integrados en STEP 7 Professional (TIA Portal) por lo que no es necesaria ninguna licencia adicional. El propietario del servicio de actualización del software STEP 7 Professional recibe automáticamente SIMATIC STEP 7 Professional (TIA Portal).

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Desarrollo

Previo al comienzo de la puesta en marcha del sistema de producción modular (MPS) y de la programación del mismo, en este caso específicamente el de la estación de pruebas o testing, es necesario tener conocimiento sobre varios aspectos los cuales se enuncia a continuación.

• Conocer con el funcionamiento y el número de sensores con que cuenta la estación.

• Conocer el funcionamiento y el número de actuadores con que cuenta la estación.

• Estar al tanto de la relación entre las salidas del PLC y los sensores de la estación es decir cada bit de salida del PLC es activado por su respectivo sensor.

• Estar al tanto de la relación entre las entradas del PLC y los actuadores de la estación, es decir cada bit de entrada del PLC activa/desactiva el respectivo solenoide de un actuador.

Fig 3.1

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Para tener una mejor comprensión de la estación de pruebas, así como de la ubicación y funcionamiento de los sensores y actuadores de la misma, estos se representan en la Fig3.1 , y se describen en la Tabla 3.1

NOTA: Todos los sensores comienzan con la letra “S” y los actuadores con la letra “A”.

Cabe mencionar que la estación también cuenta con un panel de control (Fig3.2) para el usuario que incluye tres botones (Inicio, Stop, Reset), así como entradas y salidas que pueden ser aprovechadas desde el mismo panel, un accionamiento por llave y dos lámparas.

Una vez que se tiene conocimiento de los sensores y actuadores con que cuenta la estación así como de la manera de manipularlos, se puede

pasar al análisis de proceso que será efectuado por la MPS.

En la figura 3.3 se describe el proceso de operación que debe cumplir la estación de pruebas.

SENSORES DESCRIPCIÓN SA0 Sensor de Inicio de carrera del AE (Abajo). SA1 Sensor de fin de carrera del AE (Arriba). / SB1 Sensor de fin de carrera del AC (Extendido). SB Detecta si el brazo de la estación de MPS anterior ha

abandonado la zona de colisión. SP Detecta si una pieza ha sido posicionada en la plataforma. SC Detecta si la pieza posicionada en plataforma es de color. SA Detecta si la pieza posee la altura previamente

configurada. ACTUADORES DESCRIPCIÓN AC Cilindro de simple efecto, que transporta las piezas de la

plataforma a cualquiera de las dos bandas (B1, B2). AE Cilindro de doble efecto, que eleva o baja la plataforma de

pieza. .. ABT Enciende las ventosas que transportan la pieza a la

siguiente estación. TABLA 3.1

Fig 3.2

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FIGURA 3.3

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Con el proceso a cumplir definido y los datos necesarios sobre los sensores y actuadores de la estación, se hace posible el inicio de la programación con ayuda del software “SIMATIC 7”.

Las siguientes figuras desde la Fig4.1 hasta la 4.23 contienen las líneas de código necesarias para el debido cumplimiento del proceso así como una breve explicación de la principal finalidad de la línea, cabe mencionar que se utilizó una variante de la lógica cascada en la que cada paso que se activa va desactivando el anterior.

Fig 4.1

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Fig 4.2

Fig 4.3

Fig 4.4

Fig 4.5

Fig 4.6

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Fig 4.7

Fig 4.8

Fig 4.9

Fig 4.10

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Fig 4.13

Fig 4.12

Fig 4.11

Fig 4.14

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Fig 4.15

Fig 4.16

Fig 4.17

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Fig 4.20

Fig 4.19

Fig 4.18

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NOTA: EN LA SECCIÓN DE APÉNDICES PUEDE CONSULTARSE EL DIAGRMA ESPACIO

FASE(APÉNDICE A) Y EL ESQUEMA DE GRAFCET(APÉNDICE B).

Fig 4.23

Fig 4.21

Fig 4.22

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Resultados

Durante el desarrollo de este proyecto se han reforzado los conocimientos adquiridos durante el curso, la lógica de automatización, apoyando en desarrollar las rutinas y acciones delos actuadores en base a los sensores implementados, herramientas como los diagrama espacio-fase y metodología GRAFCET, con estos dos últimos se logró una programación eficiente y organizada, de tal forma que en ocasión de mal funcionamiento por falta de parámetros o de consideraciones que fueron necesarias por cuestiones físicas de MPS, fue relevantemente sencillo en que lugar debían realizarse los ajustes dentro del código de programación.

Cabe mencionar las condiciones tanto de seguridad como de funcionamiento correcto del MPS que fueron especificadas por el profesor, las cuales se presentan a continuación:

1. Sin haber presionado el botón START, no se solicita pieza del MPS anterior, ni entra en funcionamiento el propio, aunque los sensores sean activados de forma manual, una vez presionado el botón START, se inicia solicitud de pieza, una vez llegada la pieza se detiene la solicitud junto con nuestro indicador intermitente de espera de pieza hasta el punto que ocupe nueva pieza y no antes.

2. Se cumplió con la especificación de seguir un orden de entrega de pieza, color o metálica y negro intercaladas, como observación, la pieza metálica causaba problema y confundía que pieza fue colocada, esto se soluciono agregando un temporizador, para tomar la lectura de pieza después que ambos sensores fueran estabilizados y pudieran dar una datos confiables.

3. Si se presiona STOP y una rutina ya se ha iniciado, esta llega a su fin y después el robot queda en estado StandBy hasta volver a presionar START.

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Apéndices

• APÉNDICE A

• Diagrama espacio fase

PIEZA CORRECTA DE LA SECUENCIA (ROJO,NEGRO,ROJO,NEGRO,…)

PIEZA INCORRECTA DE LA SECUENCIA (ROJO,NEGRO,ROJO,NEGRO,…)

SENSOR DESCRIPCIÓN

SB Sensor del brazo de la estación anterior

SP Sensor de pieza en plataforma

SA1 Sensor de fin de carrera del cilindro A

SA0 Sensor de Inicio de carrera del cilindro A

RP Pieza correcta

WP Pieza incorrecta

T1 Timer 1

SBO Sensor de inicio de carrera de AC

SA0

SB0

• SB

• SP

• REQUEST

• RP T1 SA1

• SB

• SP

• WP T1 SB0

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• APÉNDICE B

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Conclusión

Sergio Villegas Castillo A la culminacion de este proyecto, tenemos una visión más clara de cómo visualizar e implementar una linea de sincronizacion, el como la acción de un modulo representa, una posible causa de error en el siguiente, y que un error de sincronización puede causar mal funcionamiento en la linea completa. Pienso que este proyecto fue adecuado como final, ya que nos forzo a aplicar si no todo, la mayor parte de los conocimientos adquiridos durante el curso. Ramón Serrano: La implementación de este sistema de producción ya se puede observar como una necesidad en la industria, por las ya mencionadas ventajas que se muestran en la implementación. Pero a su vez, este método es mucho más preciso en cuestión de calidad, seguridad y muchas cosas más, que son precisas en la industria y en el producto, Jesús Osuna: La elaboración de este proyecto me permitió tener una idea más clara sobre una línea de producción el acomodo de sensores y las posibles consecuencias de algún fallo, también pude valorar la gran ventaja que representa el utilizar PLC debido a su programación sencilla, robusta y muy eficaz comparada con las tecnologías que habíamos experimentado en parciales pasados, por último tengo que mencionar la gran herramienta que representan los MPS debido a que son sistemas muy flexibles.