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Reseña Concurso nacional de Mini robótica

Iddar — Fri, 14 May 2010 00:43:45 +0000

No pudimos dejar pasar la ocasión y nos lanzamos de viaje hasta la ciudad de San Juan del Rio, Querétaro disfrutamos de dos días llenos de emoción en compañía de los concursantes de las diversas categorías. Este año se abrieron las categorías de Seguidores de líneas (Persecución), Brazo posicionador, Zumo, Polo acuático, Carrera de ineptos y como ya es costumbre espacio para los atrevidos en el área de exhibición.

En el evento se conto con una gran participación alumnos de un sinfín de universidades dentro y fuera de la república se dieron cita para competir por los primeros lugares.

Antes de pasar a la parte de más interesante del evento hablemos un poco de lo que rodea al concurso. Dentro del campus no todo son competencias, la escuela sede organiza un ciclo de talleres y conferencias, también hay espacio para los fabricantes en la zona de stands puedes charlar con los representantes de conocidas marcas y porque no armarte de refracciones para tu próximo proyecto.

Pero bueno vallamos a lo más interesante que es la parte de las competencias, por bien o por mal son muchas las competencias simultaneas por lo cual no fue posible cubrir todas al 100% sin embargo esperamos que el material que recolectamos sirva para que te llenar de entusiasmo y por qué verte concursando el próximo año.

Empecemos mojándonos un poco con la categoría de polo acuático en la cual se disfruto de un sinnúmero de diseños algunos rápidos otros con un control increíble, algunos más con un estilo único aunque en ciertos casos deficientes. En esta categoría la clave muchas beses es el control y habilidad por parte del conductor de las lanchas.

Pasando al lado de los diseños mecánicos tenemos a la competencia de brazo posicionado, donde los concursantes demuestran sus dotes en el diseño, nos impresionan con unos magníficos diseños, pero sobretodo con la velocidad y precisión al manipular las piezas.

Siguiendo con la emoción tenemos las batallas de Zumo en las que los exiticos diseños roban miradas y que al mismo tiempo asen dudar sobre sus capacidades para vencer al contrincante.

También conto con un espacio para los insectos los cuales encima de sus numerosas patas tendrían que vencer en velocidad a sus iguales.

Terminamos con la que para muchos es segura mente la más divertida las carreras de persecución donde los carritos seguidores de línea deben demostrar destreza, estabilidad en las curvar y su increíble velocidad.

Por desgracia no logre recolectar las pociones finales para todas las categorías. Pero en lo que respecta carrera de persecución en tercer lugar tenemos a los locales (Universidad Tecnológica de San Juan del Rio) segundo lugar el IPN y primer lugar .

Disfruta de todas las fotos del evento en este enlace http://picasaweb.google.com/iddar.olivares.servicios/ConcursoNacionalDeMinirobotica

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Octavo Congreso Internacional de Mecatrónica, Automatización y Tecnología 6

Fernando — Mon, 29 Mar 2010 18:31:01 +0000

Este año, en Monterrey, Nuevo León, México, el Tecnológico de Monterrey (ITESM) organiza el 8vo Congreso Internacional de Ingeniería Mecatrónica que se realizará del 14 al 17 de Abril de este año.

Se llevarán a cabo varios eventos que giran en 2 categorías principales además de algunas visitas y talleres como el concurso Simul-AT y el Premio A&T para trabajos de investigación.

Conferencias

Se realizarán varias conferencias, con conferencistas de destacados institutos, universidades y empresas.

Flexible 3-D Modeling as a Key Technology for the Breakthrough of Robotics
Fault Tolerance in Automated Systems
Micromechatronics and Bioengineering Applications
DLR Haptic Telepresence Technologies: History and Perspectives
Dados reconfigurables: Actuadores con efecto memoria
Sistemas expertos en la industria del acero
Softening Rehabilitation Robotics: Tremor suppression
Háptica y Teleoperación
Mercedes-Benz-Safety: our way from Passive Safety to the New Passive Safety
Machining with Whisker-reinforced Ceramics
Diseño e implementacion de instalaciones de prueba de sistemas aeronáuticos

Robochallenge

Concurso de Robótica con dos categorías: Basic para Sumobots y Advance para AGVs

Foto: Luis E. Argote B

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Gigabit Ethernet en la industria, es el momento correcto?

Fernando — Sat, 18 Jul 2009 21:15:26 +0000

Usar Gigabit Ethernet es parecido a usar el carro más rápido del mundo. Así como la mayoría de las carreteras actuales no son aptas para que el carro ande a su maxima velocidad, una porción sustancial de los dispositivos Ethernet que actualmente se encuentran instalados son incapaces de hacer uso de la velocidad que ofrece gigabit Ethernet, que es 10 veces más rápida que Fast Ethernet, la tecnología actualmente establecida. Como resultado la adopción de Gigabit Ethernet ha sido lenta, debido a que algunos usuarios no ven una razón clara para actualizarse.

De cualquier forma la situación está empezando a cambiar. Algunos sitios donde se usa Ethernet industrialmente como en plantas de impresión de periódicos de larga escala requieren un ancho de banda alto y se están convirtiendo a Gigabit Ethernet. También, a medida que la velociodad se convierte en un asunto de atención en otras áreas de aplicación industrial, más usuarios están considerando y luego convirtiendose a Gigabit Ethernet. Cada vez hay más aplicaciones que requieren GE, con lo que la industria hará gradualmente la transición para hacer de Gigabit Ethernet el estándar.

Un Switch de Gigabit Ethernet con cables de Fibra Optica. Imágen Cortesía de surrealplaces

Desafíos de Gigabit Ethernet

Aún hay varios desafíos que hay que considerar cuando se implementa GE:

Problemas de interconección: Cómo escoger el equipo adecuado? Cußal es la mejor forma de conectar Gigabit Ethernet?
Instalación y confiabilidad: Es Gigabit Ethernet dificil de instalar y producirá problemas de interferencia?
Desafío de alto ancho de banda: Muchas aplicaciónes actuales no requieren de velocidad extra, haciendo dificil de justificar los costos de convertirse a Gigabit Ethernet. Sin embargo, un numero creciente de aplicaciones críticas puede beneficiarse de él.

Qué es Gigabit Ethernet?

Inicialmente desarrollado por investigadores de Xerox Corp. en los 70s, Ethernet se implementó en los 80s y desde entonces ha crecido para dominar el mercado de las redes. La llegada de un protocolo Ethernet rápido incrementó la velocidad de transmisión de 10 a 100 megabits por segundo (Mbps). Gigabit Ethernet, una familia de protocolos de sistemas de redes, fué desarrollado para incrementar la velocidad a 1000 Mbps. El estándar inicial para Gigabit Etherent se expidió por IEEE en 1998 como 802.3z para conecciones de fibra óptica y en 1999 como 802.3ab para cables de cobre UTP. Ambos estándares son conocidos más comunmente hoy en dßia como 1000BASE-X.

Este diagráma ilustra las dos estructuras de Gigabit Ethernet definidas por IEEE tanto en la capa física como en la capa MAC

Fast Ethernet ha sido una tecnología muy efectiva, es bien aceptada y prácticamente todos los los dispositivos de redes pueden usarlo. Gigabit Ethernet usa Fast Ethernet como base, pero hay varias diferencias clave. Por ejemplo los cables Cat 5 del Ethernet estándar tienen 8 hilos (cuatro pares),pero en el el Ethernet básico 10BASE-T (10Mbps) y Fast Ethernet 100BASE-T (100Mbps), solo se usan cuatro hilos (dos pares), un par de hilos transmite datos y el segundo par los recibe.

En el Ethernet de 10Mbps, un bit de dato es codificado y transmitido como un símbolo usando únicamente dos niveles de voltaje; Fast Ethernet usa un esquema de codificado 4B/5B MLT-3 con tres nivelesde voltaje. Sin embargo 100Base-T codifica dos bits de datos para transmitirlos en un simbolo P5 y usa todos los 8 hilos (cuatro pares) para transmitir y recibir datos bidireccionalmente. A pesar de que Gigabit Ethernet corre a la misma rata de simbolos que fast Ethernet (125Mbaud), alcanza los 1000Mbos transmitiendo 8 bits a la vez usando 5 niveles de voltaje y todos los 4 pares de cobre disponibles para transmitir y recibir datos simultaneamente.

Cuestiones de interconexion con Gigabit Ethernet

Es evidente que velocidades de transmisión de datos mayores y esquemas de codificado multinivel demandan una mayor calidad del cableado de cobre. Esto es el resultado de mayores frecuencias y una mayor relación señal/ruido. Mientras que el estándar Fast Ethernet fué escrito para cableado Cat 5, los usuarios de esta tecnología pueden considerar mejorar a los cables más recientes Cat 5a o Cat6 para evitar problemas de interferencia. Un cable Cat 5a es suficiente para Gigabit Ethernet, pero un cable Cat 6 ofrece la mayor protección contra interferenica y también es apto para las futuras aplicaciones que corran sobre 10 gigabit Ethernet. Sin embargo se tiene que tomar la desición si se usa STP (Shielded Twisted Pair) o UTP (Unshielded Twisted Pair).

El cableado blindado STP tiene ventajas en cuanto a disturbios de transmisión causadas por la interferencia de señales entre los diferentes canalas así como la interferencia externa, pero es mas costoso que los cables de cobre sin escudo y por lo general es menos usado. El cableado UTP es más barato y fácil de instalar pero definitivamente alcanzará sus límites con el nuevo estándar Cat 6a a 500MHz.

Por lo general, la interferencia es un problema más desafiante cuando se trabaja con Gigabit Ethernet en comparación con Fast Ethernet. Este factor debe ser considerado cuidadosamente a la hora de escoger una arquitectura para un ambiente en particular. Una opción para evitar este problema es usar cableado de fibra óptica, la cual trabaja sin problemas tanto para los sistemas con Fast Ethernet como para aquellos con Gigabit Ethernet.

Hay cuatro estándares en la capa física para el uso de fibra optica en Gigabit Ethernet y varios sub-estándares basados en la distancia que recorrerá el cable. También es importante saber que la fibra óptica no es el antidoto universal que la gente cree; al usar variantes antigias de fibra que son suficientes para Fast Ethernet se restringen las longitudes de trabajo con Gigabit Ethernet debido a efectos de dispersión interna.

Tanto si se usa fibra óptica, como si se usa cableado de cobre, hay que tener en cuenta que las prácticas de instalación pueden influenciar en una gran medida el rendimiento de la red. El tratar a un cable de Ethernet Cat 5e como si fuera la alimentación de un motor definitivamente entorpecería la confiablidad de la red. Si se implementa correctamente, Gigabit Ethernet no debe presentar poblemas de interferencia y operará tan efectivamente como Fast Ethernet, solo que mucho más rápido.

También es importante asegurarse que los switeches usados en una red Gigabir Ethernet están diseñados para manejar las mayores velocidades. Deberían soportar velocidades de 10, 100 y 1000 Mbps en todos los puertos, pero algunos switches unicamente soportan todas esas velocidades en 2 puertos, mientras que los otros puertos soportan solo 10 y 100 Mbps. Hay que anotar también que algunos switeches solo operan con velocidades de 1000 Mbps, Note that some switches only support speeds of 1,000 Mbps, lo que genera problemas de compatibilidad hacia atrás, haciendo que los dispositivos instalados en la red que solo trabajan a velocidades de 10 y 100 Mbps no funcionen correctamente.

Revisión general de Gigabit Ethernet

Una buena práctica es asegurarse que cada switch usado en un sistema Gigabit Ethernet tenga capacidad para 2000 Mbps multiplicado por en número de puertos en el switch; esto garantiza que el switch es capaz de transmitir bidireccionalmente datos a hasta 1000 Mbps mientras que recibe datos a hasta 1000 Mbps.

Los conectores son otro aspectio a considerar. Para ambientes industriales rudos, los conectores RJ45 no pueden ser usados solos. Se requiere una carcassa adicional para proteger al conector. Una opción probablemente mejor para ambientes dificiles sería el conector M-12, pero este se ofrece tradicionalmente únicamente con 4 pines, por lo que se requieren nuevos conectores M-12 con 8 pines para aplicaciones de Gigabit Ethernet en ambientes duros.

Gigabit Ethernet es compatible con la mayoría de computadores y puede mejorar el rendimiento de equipos de redes industriales de alto trafico. Por ejemplo si hay más de 20 dispositivos conectados, Gigabit Ethernet elimina los problemas de congestión de datos reduciendo en un factor de 10 el tiempo necesario para que un paquete de datos pase a través de un switch. Esto puede ser una diferencia critica para aplicaciones rápidas de tiempo real.

Más información: IEEE 802.3. Vía: Control Engineering

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Protocolos de Ethernet Industrial

Fernando — Sun, 05 Jul 2009 01:00:48 +0000

Hace un tiempo en Mecatrónica Portal se habló sobre las tendencias en controladores para automatzación industrial, aquella vez se vio como Ethernet continuará siendo la tendencia dominante en cuanto a comunicaciones y redes. En esta ocasión he querido traerles una breve introducción a los protocolos industriales de comunicación basados en Ethernet.

Los protocolos de Ethernet industrial pueden ser estándar y no estar modificados, o pueden modificarse para hacerse mas seguros desde el punto de vista de la automatización y control industrial. El Ethernet industrial es una fuerza creciente en las redes industriales, pueden incluir hardware y software mas adecuado para un entorno exigente.

La capa física de Ethernet puede incluir conectores -que en el caso industrial son más resistentes que los convencionales- cables y switches. De igual modo, el protocolo de software que corre sobre Ethernet puede ser TCP/IP o puede incluir otras capacidades extras en la capa de aplicación que pueden hacer al protocolo Ethernet aún mas útil para aplicaciones industriales. Estas capacidades extra pueden ser elementos de priorización o planificación, los cuales son considerados más apropiados para movimiento, seguridad y otras implementaciones demandantes.

IEE 802.3 Ethernet (que originalmente fue diseñado para uso en oficinas) es un estándar desde 1983, y ahora se está expandiendo para implementaciones industriales. De hecho, todos los protocolos basados en Ethernet muestran un incremento en el uso desde finales de 2006 hasta mediados de 2008 (ver gráfico de barras). Es claro que un número creciente de aplicaciones industriales se está conectando a Ethernet.

El uso de Ethernet en aplicaciones industriales se ha incrementado significativamente durante los últimos dos años según una encuesta de “Control Engineering”. El gráfico muestra el porcentaje de personas que actualmente usan protocolos basados en Ethernet, comparado con el uso en 2006. En el mercado mundial de infraestructura industrial los productos de red cableados sobrepasaron los 1800 millones de dolares en 2007 (1200 millones de dolares sólo en conectividad Etheret) según una investigación de VDC Research Group, y se espera que esta cifra crezca en un 24% para el 2012.

Con el incremento en su uso, Ethernet se ha convertido en el estándar de red de área local (LAN) de como facto para comunicaciones electrónicas. Luego de ser un par de cable trenzado sin protección, Ethernet ofrece rendimientos de 10/100/1000 Mbps -con 10Gbps en el horizonte- sobre largas distancias.

Un efecto secundario del incremento en el uso de Ethernet es que la palabra Ethernet se ha convertido en el término genérico para una colección de “estandars”, algunas personas incluso emplean el termino para denominar hardware como switches comerciales off-the-shelf. Pero el hecho es que no hay un único “estándar” que esté cubriendo todo.

La definición de “Ethernet” alude al sistema de cableado para transmitir datos entre dispositivos interconectados. En las capas de red del modelo OSI, Ethernet define únicamente las dos capas inferiores de la pila de protocolos – el nivel físico y los formatos de trama de datos del nivel de enlace. Es un poco como el estándar RS-485 usado para la mayoría de buses de campo (Fieldbus) – la clave está en lo que sucede en las capas superiores, sin ello Ethernet es por decirlo de algún modo, torpe.

Mientras que algunos pocos sistemas industriales pueden empaquetar datos en paquetes estandar Ethernet para tomar ventaja del Ethernet comercial, la mayoría de soluciones industriales requiere de software especializado en la capa OSI 3 y superiores, así como modificaciones de hardware del MAC (Media Acces Control) para dar soporte a los múltiples estándares de buses de campo, Ethernet industrial y los requerimientos de trabajo en tiempo real.

Un estándar no tan estándar

Ethernet por si solo no puede satisfacer todas las necesidades de la automatización, como consecuencia, todos los protocolos de Ethernet industrial son una mejora del estándar IEEE 802.3. Por decirlo de otra forma, todas las soluciones industriales de Ethernet (Profinet, EtherNet/IP, EtherCAT, etc) son estándares basados en IEEE 802.3, pero no se puede decir que ninguno de ellos es el estándar Ethernet industrial puesto que no hay un grupo de estándares reconocidos como tal para redes industriales.

Imágen de Switch Ethernet cortesía de Per Foreby

El software para dispositivos mejorados para redes industriales debe soportar aplicaciones de tiempo real de una manera predecible y seguro, garantizando mediante protocolos redundantes un servicio continuo y confiable, debe poseer un diseño de software tolerante a fallos y debe haberse sometido a pruebas rigurosas.

Mientras los equipos de nivel comercial están enfocados a aplicaciones de alta difusión, los equipos industriales también tienen que trabajar con un amplio rango de protocolos críticos antiguos. Aún así, no hay un protocolo para Ethernet industrial de talla única que sirva en todos los casos; por lo general los usuarios deben hacer una concesión entre interoperabilidad o determinismo y velocidad.

Los protocolos Ethernet pueden dividirse en tres categorías; protocolos de no tiempo real, de tiempo real, y tiempo real duro:

Los protocolos que no trabajan en tiempo real suplen conectividad sobre Ethernet per tienen tiempos de respuesta bajo
Los protocolos que trabajan en tiempo real usan configuraciones de difusión de dispositivos para minimizar los tiempos de ciclo o usan técnicas de priorización de paquetes como IEEE 802.1D/Q para Calidad del Servicio (QoS) para reducir las variaciones rápidas en la señal causadas por las alteraciones eléctricas inducidas por el switch. EtherNet/IP y Profinet RT son dos ejemplos
Los protocolos que trabajan en tiempo real duro usan hardware hecho a la medida en los dispositivos y requieren switches especiales de Ethernet o eliminar los switches Ethernet conectando en cadena de los dispositivos. Los protocolos de tiempo real duro pueden desempeñarse adecuadamente en control de movimiento de alto nivel. EtherCAT y Profinet IRT son dos ejemplos

Estos desarrollos representam un enorme salto desde hace apenas unos años atras, cuando la detección de colisiones en Ethernet y la carencia de determinismo lo hacian inadecuado para su uso en la planta, pero avances técnicos como capacidades de producución de más velocidad, priorización de mensajes y switchs de comunicación especiales para la industria, han hecho de Ethernet una red viable a lo largo y ancho de toda la empresa.

1. Uso de Ethernet estándar tal como está definido por IEEE 802.3 y TCP/IP. Este estándar corresponde al usado en el mundo de las oficinas. Únicamente se remplazan los programas específicos de la oficina por programas para automatización en la capa de aplicación.
2. Uso de Ethernet como está definido en IEEE 802.3 y priorización de acuerdo a IEEE 802.1Q, así como también TCP/IP. Protocolos específicos de automatización en las capas 3 y 4 del modelo OSI3.
3.Uso de una pila de Ethernet optimizada así como también TCP/IP y protocolos específicos de automatización en las capas 3 y 4. Este tipo de enfoque es necesario para sistemas de automatización en los que debe implementar aplicaciones de datos deterministicos y se requiere máximo rendimiento en tiempo real como control de ejes. Normalmente se requieren switches especiales

Las aplicaciones de redes industriales requieren un alto nivel de determinismo para asegurar que los datos se transfieren de manera confiable y consistente. Sin tal transferencia deterministica de datos, el procesamiento o manufactura de productos de calidad no es posible. Los ingenieros de control y los ingenieros de calidad dependen de un intercambio de datos preciso y en tiempo real entre los sistemas de control y los sistemas de información. Aunque han habido esfuerzos para aplicar Ethernet comercial sin modificaciones a las plantas industriales, la naturaleza inherente no deterministica de este, y los conectores no robustos, no ofrecen el nivel requerido de velocidad de transmisión de datos confiables necesarios para los sistemas de manufactura actuales. Ethernet sin modificar permite que ocurran colisiones de datos, las detecta y luego facilita la retransmisión, es por eso que no se puede garantizar determinismo sin el uso de hardware adicional (Switches Ethernet), lo que complica el diseño de la red.

Una tecnología especialmente atractiva es CC-Link IE, la cual, gracias a que usa Gigabit Ethernet garantiza unas velocidades de transmisión sobre fibra óptica altisima. Sin embargo otros protocolos propietarios como Profinet tienen mayor cuota de mercado gracias a que usa planificación de paquetes en tiempo real. Con todo EtherNET/IP sin modificar continua a la cabeza gracias a que se apega al estandar básico IEEE 802.3 en conjunción con CIP (Common Industrial Protocol), lo que permite interoperabilidad máxima entre dispositivos.

Sea cual sea la tecnología usada en redes industriales, es claro que Ethernet es el rey de los protocolos en la cual Gigabit Ethernet tiene las mayores perspectivas de crecimiento.

Cuentanos tus dudas o experiencias en los comentarios!

Vía: Control Engineering

Más Información: Altera, GarretCom, National Instruments, Rockwell Automation, CC-Link, Profibus-Profinet, Modbus

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La flexibilidad es el foco: Control integrado, flexibilidad e intercomunicación, la tendencia en controladores de máquinas

Fernando — Wed, 29 Apr 2009 14:00:24 +0000

Las empresas de hoy en día necesitan soluciones rápidas y confiables, pero más importante aún, soluciones escalables y flexibles que les permitan acomodarse a las necesidades fluctuantes del mercado.

Cuál es la tendencia predominante en cuanto a controladores de movimiento y automatización?

Las tendencias en cuanto a controladores están dictadas por las necesidades del mercado para mejorar el rendimiento y la flexibilidad de la maquinaria automatizada. Sin importar si es un OEM (Original Equipment Manufacturer, son las empresas que producen sus productos utilizando componentes de otras empresas y luego vendiéndolas a su nombre) o una empresa de manufactura, ambos están buscando una mayor productividad, rendimiento y rentabilidad. Esto está conduciendo el mercado a un uso mayor de conrol electrónico de movimiento, remplazando los sistemas mecánicos, hidráulicos y neumáticos con sistemas que pueden reconfigurase “instantáneamente” para fabricar múltiples productos en la misma línea.

Para reconfigurar una máquina los ingenieros están usando simplemente reconfiguraciones en el software y en la electrónica en vez de ajustes mecánicos, algo que es cada vez menos aceptable, aunque aún aplicable. El desafío es cómo reconfigurar las líneas de producción flexiblemente, tanto so se hace a través de la modularidad, la escalabilidad o la configuración de software. El objetivo es simplemente una operación más rápida, y mejorar la precisión del movimiento para de esta manera mejorar la calidad del producto.

Cuáles son las consideraciones que influyen en la escogencia de plataformas de control?

Una mayor integración entre los controladores de movimiento y los controladores del proceso de la máquina – como PLCs o PCs – es de vital importancia. En el pasado cuando la tendencia era usar controladores separados para diferentes funciones, había la necesidad de coordinar todos los controladores, esto era una sobrecarga para los ingenieros de control, que necesitaban coordinar a dos programas separados, uno que controla el movimiento y otro que hace prácticamente todo el control lógico de la máquina.

Cuando se hace el control de la máquina completa en un único conjunto de hardware y en un ambiente unificado de software, las cosas se hacen más sencillas. Ahí no ha necesidad de que haya handshaking (el proceso por el cual dos dispositivos inician comunicación o se traspasan información entre ellos) entre los programas de control para manejar la lógica de sincronización.

Puedes embeber una pantalla de control para la interface con el operario que use las mismas etiquetas y nombres de variable que el resto del control de la máquina. Además el entorno de programación puede estar conforme a estándares globales, lo que es importante para el usuario final o cliente que que desea portabilidad en el código.

Cómo se ajustan los controladores programables de automatización en las tendencias actuales?

Los PACs o Programmable Automation Controllers por sus siglas en inglés, les dan a las compañías la opción de tener una única plataforma que puede prestar servicios a una gran cantidad de diferentes tipos de máquinas y requerimientos del mercado. Tanto si la necesidad es un control para la máquina tipo PLC con o sin control de movimiento, como si la necesidad es la automatización de un proceso o la adquisición de datos para la administración de reportes, los PACs ofrecen una alternativa para lograr todo eso con un único ambiente de desarrollo de software. La tendencia continua de una plataforma consolidada de hardware/software hace la integración de los sistemas de la máquina mucho mas fácil desde el punto de vista de la implementación en y desde la perspectiva de la ingeniería de desarrollo.

Qué tecnologías están liderando el camino para desarrollos futuros de controladores?

Mayores niveles de conectividad y el mayor uso de Ethernet y protocolos de automatización sobre capas de Ethernet continuará siendo el foco. En el pasado, habían muchas capas en la arquitectura de la red, pero ahora los ingenieros están usando más las variaciones de Ethernet y sus plataformas de hardware, porque son baratas y ubicuas. Con protocolos sobre Ethernet, las soluciones son más fáciles de implementar, porque es más sencillo hacer los enlaces entre las soluciones, lo que siempre ha sido un desafío, especialmente si el objetivo es implementar soluciones de hardware de diferentes fabricantes.

Qué objetivos globales están impulsando estos desarrollos?

Hay un desafío hacia la escalabilidad de las soluciones y con enfoque en el dimensionamiento, el precio y el rendimiento de los controladores. Aquello de la “talla-única”, es decir un controlador para todas las aplicaciones se esta volviendo con el tiempo más raro, a medida que el mundo se vuelve cada vez más competitivo y global. Los vendedores deben suministrar soluciones que que sean acordes con el rendimiento requerido para la aplicación al menor precio posible. El objetivo supremo es la escalabilidad desde los controladores de más alto nivel, hasta los controladores de medio nivel o bajo nivel, al tiempo que se intenta mantener el rendimiento y mantener todo bajo un mismo entorno de desarrollo de software.

Has trabajado en automatización o control de procesos?, cuentanos tus experiencias en los comentarios.

Vía: Design News

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Caudalímetros electromagnéticos

Fernando — Thu, 23 Apr 2009 23:00:19 +0000

Desde 1970 cuando se inventó el caudalímetro de turbina estilo Woltman, los profesionales de la automatización han estado buscando el caudalímetro que trabaje en todas las aplicaciones. Desafortunadamente, hay 12 tecnologías de uso común para medición de caudal por una buena razón. No hay una tecnología que trabaje bien, o incluso aceptablemente en todas las aplicaciones.

Una de las tecnologías basadas en flujo más ampliamente extendida, que trabaja en la mayoría de las aplicaciones, en la mayoría de industrias y con una precisión incluso superior a los caudalímetros de diferencial de presión es el caudalímetro electromagnético. De acuerdo a Jese Yoder de Flow Research, el mercado mundial de caudalímetros o medidores de flujo es aproximadamente de US $4.700 millones, y los caudalímetros magnéticos hacen menos del 20% de ese total. Los medidores magnéticos de flujo son usados verticalmente en muchas industrias: la del agua, la de alcantarillado o aguas residuales, minería, alimenticia, y farmacéutica. Los medidores magnéticos están diseñados para manejar prácticamente todos los químicos y mezclas basadas en agua y están equipados con recubrimientos resistentes a la abrasión y a la corrosión, incluso hay diseños con el sistema de limpieza en el sitio (CIP) para alicaciones sanitarias.

Los caudalímetros magnéticos también ostentan el mas amplio rango de tamaño de todos las tecnologías de caudalímetros ya que pueden escalarse teoréticamente casi infinitamente. El primero uso para esta tecnología fue en las enormes compuestas del Zuieder Zee (o Mar del Sur) en los Países Bajos en los años 50s. Típicamente los vendedores ofrecen un rango de tamaño desde 12mm hasta 1 metro, aunque hay varios fabricantes que ofrecen tamaños extendidos de hasta 3 metros como también más pequeños que 12mm. La razón por la que es posible escalar tanto estos caudalímetros está directamente relacionada con la tecnología de medición que usan

Cómo funciona un caudalímetro magnético?

En 1832, Faraday formuló la ley de la inducción electromagnética que lleva su nombre. Como se usan en un caudalímetro electromagnético, las bobinas se colocan paralelas al flujo del fluido a ángulos rectos de un conjunto de electrodos a los lados del tubo, generando así un campo magnético. Ni el tubo en si mismo, ni el revestimiento deben estar hechos de materiales magnéticos, sino que se usan materiales como plástico, cauchos o Teflón. Cuando el fluido (que debe ser conductivo y estar libre de vacíos) pasa a través de las bobinas, se induce un pequeño voltaje en los electrodos que es proporcional al cambio del campo magnético. Por la ley de Faraday, este cambio es la sima de todos los vectores de velocidad que tienen un efecto en el campo magnético.

Los caudalímetros magnéticos modernos operan sobre el principio de un campo DC switcheado, para que no pueda inducirse ruido de interferencia electromagnética (EMI) o eléctrico del fluido. Los caudalímetros siguen un régimen de apagado del campo magnético midiendo el voltaje que continua induciéndose en los electrodos, luego encienden de nuevo el campo, miden el voltaje y lo restan del voltaje medido cuando estaba apagado. Haciendo esto varias veces por segundo, se reduce el ruido a prácticamente cero.

Lo que esto significa para profesionales de la automatización es que el voltaje inducido en los electrodos es directamente proporcional a la velocidad promedio del fluido dentro del tubo, y es por consiguiente significativamente más preciso que cualquier otro medidor de caudal basado en velocidad que solo “mira” y mide puntualmente o linealmente. De hecho, los caudalímetros magnéticos se consideran por lo general los caudalímetros de amplia aplicación con mayor precisión.

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La exactitud de los caudalímetros magnéticos es notable, se acercan incluso a la exactitud y precisión de los caudalímetros de desplazamiento positivo. Se usan frecuentemente para custodia de transferencia (cuando se vende el fluido, se mide el caudal a la salida del proveedor y a la entrada del cliente para detectar posibles fraudes en el transporte) cuando el flujo es relativamente de larga duración. La precisión típica de un caudalímetro magnético es de 0.5% medido en velocidades de 0.1 a 10m por segundo. Algunos fabricantes incluso indican precisiones mayores para algún rango específico de flujo de hasta 0.1%.

Dónde no funcionan los caudalímetros electromagnéticos?

Los caudalímetros magnéticos tienen un campo de aplicación tan amplio que es más fácil decir para que aplicaciones no son buenos que para cuales si lo son.

No trabajan adecuadamente cuando el tubo no está lleno (con excepción de algunas versiones diseñadas específicamente para esta aplicación). Si el tubo no está lleno, va a haber un error significante. Uno de los errores en la aplicación que se cometen con más frecuencia es el usarlos en una línea impulsada por la gravedad o que descarga líquidos a la atmósfera o en algún tanque. Frecuentemente con flujos muy bajos el tubo no está realmente lleno, y el caudalímetro mide erróneamente.

Tampoco trabajaran correctamente cuando el tubo está lleno con aire o gas. Esto cambia el volumen calculado del tubo y cambia el flujo volumétrico que pasa a través del medidor de una manera descontrolada que es proporcional a la cantidad de burbujas en el tubo.

No funcionará cuando el flujo arranque y pare repetidamente, ya que hay un retardo entre el tiempo en el que el flujo arranca y la velocidad correcta medida por el caudalímetro. Esto significa que los caudalímetros magnéticos no funcionan muy bien en operaciones “por lotes” de corta duración (con excepción de algunas unidades que están especialmente diseñadas para ser muy rápidas).

Aplicando los caudalímetros magnéticos

Hay algunas reglas simples al usar los caudalímetros magnéticos, que si se siguen, conducirán a una aplicación exitosa.

Recorrido recto

Los medidores de caudal magnéticos necesitan meno recorrido recto (nada de curvaturas en el tubo) del flujo que la mayoría de caudalímetros, con frecuencia tan poco como 3 veces el diámetro del tubo en el sentido contrario del flujo. No obstante, hay circunstancias en las que la mejor opción es ir tanto en recorrido recto como se pueda. Por ejemplo los flujos en espiral (remolinos en el flujo o vórtices) se pueden propagar por cientos de diámetros tras un doblez en la tubería. Los vórtices provocan mucha inexactitud en las mediciones del caudalímetro, a veces tanto como el 40% del valor medido

Montaje vertical

Una de las formas de asegurarse de que se tiene un perfil de flujo completamente desarrollado desplazándose a través del medidor, es montar el caudalímetro en la dirección vertical. Esto ayuda en casos de flujo con vórtices y también reduce la intrusión de aire.

Dimensionamiento adecuado

Aunque un caudalímetro magnético operara sobre un rango de velocidad de 0.09 a 10 metros por segundo, no es apropiado instalar un caudalímetro magnético que va a operar permanentemente en la parte inferior del rango. En aplicaciones en las cuales hay sólidos esto puede causar la sedimentación de sólidos dentro del tupo y en ocasiones en los electrodos mismos. Si la sedimentación ocurre dentro del tubo sobre el cual se está midiendo el flujo, el volumen calculado es erróneo, y si la sedimentación ocurre en los electrodos, las propiedades aislantes de los sedimentos pueden o reducir el voltaje medido o romper por completo el circuito. Cualquiera de los dos conducirá a lecturas inexactas. Es mejor dimensionar el caudalímetro para un flujo normal de aproximadamente el 60% de la velocidad para el tamaño del tubo, y si es necesario instalar una sección de tubo recta apropiadamente diseñada precediendo el sensor. Afortunadamente para el medidor magnético, esta sección no necesita ser tan larga como para algunas otras tecnologías de medición de caudal.

Aterrizaje adecuado

Hay que recordar que la sección del tubo del caudalímetro magnético necesita ser de un material no conductivo para que el circuito funcione. Sin embargo, la electrónica que procesa el voltaje inducido, es susceptible de interferencia si está flotando sobre el nivel de polo a tierra. Todos los fabricantes de los medidores tienen procedimientos de aterrizaje que no deberían ignorarse, si se hace, todo corre por cuenta y riesgo propio.

Temperatura y presión

Los caudalímetros magnéticos están diseñados para funcionar a temperaturas y presiones moderadas, y no se deben cargar por fuera de las especificaciones, tanto superiores como inferiores. Los caudalímetros magnéticos no se deben usar don de el vació pueda halar el tubo hacia el fluido al no ser que sea específicamente para esta característica. Esto es cierto especialmente cuando el revesitimiento del medidor está hecho de poliuretano presionado o de Teflón, en ellos no solo hay inexactitud en las mediciones, sino que también es potencialmente peligroso. Tanto el Teflón como el poliuretano son los materiales de revestimiento mas comunes, estos no son muy apropiados para presiones altas y se pueden deformar en temperaturas superiores a las recomendadas.

Selección de un caudalímetro magnético

En la página de OMEGA hacen una revisión de los caudalímetros y hacen una serie de preguntas clave que se deben responder a la hora de seleccionar un caudalímetro magnético para alguna aplicación mecatrónica o de automatización, que comparto a continuación

Is the fluid conductive or water based?

Is the fluid or slurry abrasive?

Do you require an integral display or remote display?

Do you require an analog output?

What is the minimum and maximum flow rate for the flow meter?

What is the minimum and maximum process pressure?

What is the minimum and maximum process temperature?

Is the fluid chemically compatible with the flow meter wetted parts?

What is the size of the pipe?

Is the pipe always full?

Dentro de los tipos de caudalímetros magnéticos que existen hay dos clases principales, los de inserción y los caudalímetros en línea. Los segundos son más precisos que los de inserción, pero también son más sensibles a errores causados por burbujas y requieren más sección de tubo recto antes y después del medidor.

Los caudalímetro magnéticos se han vuelto uno de las tecnologías de medición de flujo mas usados en los últimos 50 años desde que se introdujeron a la industria, de hecho se espera que el mercado de estos caudalímetros en específico crezca a US $800 millones. Son simples, fáciles de mantener, y debido a que no tienen partes móviles, son capaces de operar durante años son necesidad de mantenimiento.

Links: Introduction toM Magnetic Flowmeters, Magnetic Flowmeters, Back to de basics, flowresearch.com.

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Proyectos de integración en automatización: 7 tips para el éxito

Fernando — Wed, 15 Apr 2009 23:00:32 +0000

La comunicación es la clave cuando se esta trabajando en proyectos que requieran sistemas automatizados que integren las diferentes tecnologías. Un trabajo común para ingenieros mecatrónicos.

A continuación 7 tips + un plus para alcanzar el éxito en este tipo de tareas desde el punto de vista del cliente, explicando lo necesario para asegurarse que todos los detalles del proyecto se discuten con los participantes, diseminando todas las decisiones con las personas responsables del diseño, la implementación o el uso del sistema, y asegurándose que todos entienden lo que se necesita hacer, junto con el por qué y el cómo.

En Control Engineering encuestaron a más de 1800 integradores de sistemas. Se les pregunto por los mejores consejos para asegurar el éxito en proyectos de automatización. Cientos respondieron, comentando en áreas como: como elegir un integrador, diseño del sistema de automatización, administración el proyecto, prueba el producto final, y por otro lado obteniendo los resultados deseados para el usuario final. Pero sobre todo, los que respondieron a la encuesta aconsejaron comunicarse efectivamente.

Los 8 tips a continuación:

Comunicarse tempranamente y frecuentemente, incluso antes de que se ajuste cualquier tornillo: El cliente necesita dar a un eventual integrador, acceso completo a todo el personal de la planta involucrado directamente con el proyecto propuesto, tan pronto como sea posible.
Definir los participantes en ambos equipos – el de la empresa y el del integrador – y determinar quién necesita qué información
Los usuarios finales necesitan leer todos los documentos que los integradores les den; clarificar cuando sea necesario; 80% de los problemas con proyectos se generan por la carencia de una apropiada comunicación entre el cliente y el integrador.
Comunicarse con todos los implicados a lo largo del proceso: administradores, operadores,…, de esta manera todos se vuelven aliados antes que enemigos
Designar a algún empleado de la empresa para que “se adueñe” del proyecto
Usar herramientas de comunicación como encuentros semanales de producción para gestionar la lista de acciones. Los usuarios finales deberían tener citas del proyecto con los integradores, por lo menos mensualmente, obteniendo compromiso, asignando fechas y personas responsables.
Los usuarios finales deberían modificar los requerimientos y diseños del sistema tan pronto como capacidades, interacciones e implicaciones emergen, esto debido a que este tipo de cosas raramente son conocidas o anticipadas al comienzo, comunicandose con el integrador con una metodología para manejar cambios.Y un octavo consejo como bonus, algo que comúnmente se olvida a lo largo de la delegación de tareas y el arranque del proyecto:
Continuar la comunicación mas allá de las operaciones, asegurándose que hay un entrenamiento adecuado, definiendo los entregables, como manuales, mantenimiento, sacada del servicio, si es necesario.

Vía: Control engineering

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História de la automatización

Fernando — Tue, 07 Apr 2009 02:22:54 +0000

Antes cuando no existían las herramientas tecnológicas que existen ahora, y que no se necesitaba la producción en masa que ahora se usa. El concepto de calidad era muy diferente al que hoy manejamos. Un producto de calidad era una obra manual hecha por un buen artesano. Hoy en día la calidad está muy ligada con la estandarización, repetitividad y la confiabilidad del producto – que tan “iguales” son todos los productos de una misma planta-.

La fuente de energía era básicamente la muscular. En una fragua trabajaban 3 hombres fuertes simultáneamente martillando el hierro para moldearlo. Luego se dio el siguiente paso,la invención de ingeniosos mecanismos que agilizaban la tarea, como por ejemplo el telar, pero aún así la fuente de energía seguía siendo la proporcionada por los músculos humanos.Aunque se aprovechaban en algunos casos fuentes de energía renovable como por ejemploel viento, mareas, o flujo de agua.

Pero para final del siglo 19, después de la revolución industrial, el vapor se convirtió en la fuente de energía reinante en la manufactura. Las máquinas seguían siendo controladas por humanos (en países como Alemania, a esto se le llamo la “potencia espiritual”, porque no se controlaba la máquina con la fuerza sino con la cabeza).

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Requerimientos de la automatización

Fernando — Tue, 07 Apr 2009 02:16:43 +0000

Hoy en día los sistemas automatizados tienen que cumplir con una variedad de requerimientos. Estas pautas nos indican como deben ser los sistemas que estén correctamente automatizados. Ignorar estas condiciones puede llevar a tener un sistema inestable, peligroso y propenso a fallas que hubiera sido posible evitar.

Requerimientos de la automatizacion, entrada y salida de senales, capacidad de trabajo en tiempo real, seguridad y confiabilidad y resistencia contra las influencias del medio

Entrada y salida de señales del proceso

De primeras está que los sistemas automatizados sean capaces de intercambiar información con sus alrededores. Esto significa que debe poseer sensores y actuadores que mediante las señales correspondientes sean controlados y leídos

Capacidad de trabajo en tiempo real

Los procesos automatizados también deben trabajar en tiempo real. Por el contrario que en un PC de oficina no puede ser tolerado que el sistema “cojee” detrás del proceso, de tal forma que por un incremento en la carga el sistema se ralentice o que por lo mismo una señal proveniente de un sensor no sea leída, o sea analizada demasiado tarde. El sistema tiene que ser siempre por lo menos tan rápido como el proceso, lo que no significa que se deba implementar una enorme capacidad de proceso en tareas relativamente lentas. Por el contrario, la mayoría de PLC’s solo poseen una fracción de un PC de oficina moderno (tecnología de hace 3 o 5 años). El procesador solo debe estar “un paso más adelante”. Además de eso un sistema automatizado tiene que trabajar las tareas asignadas igualitariamente, es decir, en un caso de emergencia el sistema no puede completar estrictamente primero la primera tarea, luego la siguiente…, sino que tiene que (comparable con una persona) en lo posible trabajar en todas las tareas asignadas al mismo tiempo.

Seguridad y confiabilidad

Un sistema automatizado debe ser seguro – esto significa aspirar que bajo toda circunstancia se eviten las heridas o la muerte de una persona – y confiable – es decir evitar la caída de la producción –.

Resistencia contra influencias del medio

Un sistema automatizado debe ser robusto, ser resistente contra el medio en el que opera. Por ejemplo se requiere, la no susceptibilidad al polvo, humedad, calor o incluso a influencias mecánicas, hasta un determinado grado. Para este requerimiento existen grados de protección internacionalmente reconocidas, como por ejemplo DIN EN 60529.

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Definición de Automatización

Fernando — Thu, 02 Apr 2009 01:31:11 +0000

El termino Automatización viene -como muchos de ustedes lo supondrán- de la palabra griega “auto” y significa la ejecución por medios propios de un proceso, en el que materia, información o energía es cambiado o transformado. Lamentablemente aún no hay una definición estandarizada para automatización, que sea ampliamente reconocida por las sociedades de ingenieros o institutos normativos, sin embargo intentare mostrar diversas definiciones hechas por diversos institutos.

Definición de Automatización Industrial

Según varios institutos internacionales

Automatización según Merriam Webster:

La técnica de hacer que un sistema opere automáticamente El estado de ser operado automáticamente Operación automáticamente controlada de un sistema mediante dispositivos mecánicos o electrónicos para observación esfuerzo y decisión.

Automatización según la RAE:

Automatización: Acción y efecto de automatizar. Automatizar: Aplicar la automática a un proceso, un dispositivo, etc. Automática: Perteneciente o relativo al autómata. Autómata: Instrumento o aparato que encierra dentro de sí el mecanismo que le imprime determinados movimientos.

Según la RAE, Automatización es la acción y efecto de aplicar lo perteneciente o relativo a un instrumento o aparato que encierra dentro de sí el mecanismo que le imprime determinados movimientos a un proceso, un dispositivo, etc

Automatización según DIN 19 233:

Automatizar quiere decir emplear medios artificiales, de tal forma que un proceso transcurra de forma automática. En una planta esto significa equiparla con autómatas de tal forma que trabaje automáticamente. Un autómata es un sistema artificial, que sigue un programa de forma propia o automática. Gracias al programa el sistema debe tomar decisiones basado en las las entradas y el estado del sistema, para de esta forma cumplir con tareas asignadas.

Automatización según de.wikipedia:

es el transpaso de trabajo del Hombre al autómata realizado con ayuda de máquinas, en la practica realizado a través de progresos tecnológicos

Fases de desarrollo de la automatización Industrial

La primera aplicación que uso la automatización que se conoce proviene del año 230 antes de Cristo, año en el que el griego Philon desarrolló una lámpara de aceite con control de nivel. En lo transcurrido de estos 2000 años, el contenido de la automatización ha cambiado notablemente. En este sentido se pueden diferenciar tres fases:

La primera fase llega hasta el comienzo del siglo pasado, en la que el componente central es el mecánico.
Luego en la segunda fase, hubo un desarrollo muy grande y acelerado de la automatización gracias a la introducción de los componentes eléctricos y electrónicos.
En la actualidad la automatización se encuentra ya en la tercera fase gracias a la puesta en funcionamiento de la computación y la informática

Automatización en nuestras Vidas y en la sociedad

La automatización ha penetrado en nuestras vidas cotidianas, y a saber cada vez mas fuertemente; aún así es cada vez menos percibida. Por ejemplo la automatización ha sido determinante en la reducción de costos de las materias primas y los productos terminados, principalmente en las industrias de producción en masa. Esto gracias a los bajos costes de mantenimiento de la mayoría de los autómatas. La disminución de precios hace que los productos puedan ser adquiridos por una mayor cantidad de personas y hacen el mercado más competitivo. Además en los países industrializados, la automatización ha contribuido al incremento del tiempo libre y/o el aumento de los salarios de los trabajadores, ya que estos se concentran en tareas mas especializadas y que requieren mayor formación académica.

Sin embargo este aspecto del empleo es delicado. La mayoría de economistas defienden la automatización, argumentando que la automatización solamente desplaza trabajadores, es decir que estos trabajadores son contratados en otras empresas que aun no han automatizado sus procesos, o se dedican a otras tareas. Además la automatización genera empleos en fabricación y mantenimiento de los equipos.

Campos de aplicación de la automatización

Se pueden diferenciar dos campos fundamentales de la automatización.

Por un lado los procesos pueden ser automatizados. Por ejemplo el medir automáticamente sin la intervención adicional del hombre, diversas variables en una planta de producción.
Pero además también se pueden automatizar las tareas. A modo de ejemplo “la generación automática de código fuente” de un diagrama; es decir el usuario genera el programa gráficamente , por ejemplo en forma de un diagrama UML y el computador genera automáticamente el código necesario. Estas herramientas son cada vez de mas significancia para los desarrolladores, ya que les permite ahorrarse mucho tiempo, además de hacer mÁs intuitivo el trabajo (p.e. Rhapsody, Matlab, SciLab…).

Desafios y objetivos de la automatización industrial

La Automatización aún no está en un estado totalmente maduro, quedan muchas cosas por mejorar y muchas por resolver.

Objetivos

Mejorar la productividad
Acelerar los procesos
Aligerar la carga del trabajador
Simplificar el proceso productivo
Realizar tareas que manualmente seria imposibles de realizar

Desafios

Dominar procesos cada vez mas complejos
Tener en cuenta mas señales del sistema
Tener en cuenta mas datos de otros procesos (circunvecinos)
Optimizar procesos empresariales
Optimizar procesos logísticos
Optimizar procesos económicos (asset managemment)
Aumentar la confiabilidad del sistema
Aumentar la seguridad del sistema

Por qué automatizar? – Razones y justificación

La justificación de la automatización de un un proceso se puede dividir en 4 categorías de razones diferentes:

Seguridad: por medio de la automatización se puede incrementar la seguridad en el sitio de trabajo. Por ejemplo en ambientes de trabajo peligrosos como en el caso de la fundición o la fragua, si el proceso es automatizado, se reducirían los accidentes físicos de los trabajadores.
Humanización: La humanización de los puestos de trabajo juega un rol muy importante a la hora de incentivar la automatización. Esto significa que tanto el trabajo en sí mismo, como también las condiciones del entorno pueden ser amenizadas. Por ejemplo pueden instalarse máquinas que realicen las tareas más difíciles, o las que se llevan a cabo bajo condiciones de entorno extremas como por ejemplo altas temperaturas, o altos niveles de ruido o de contaminación. El trabajador puede así concentrarse cada vez más en el controlar, supervisar o planear, y de esta manera evitar los riesgos a la salud.
Calidad: La calidad del producto se puede mejorar mediante la automatización, debido a que se suprimen deficiencias humanas como falta de atención o cansancio.
Racionalización: Racionalizar, desde el punto de vista empresarial juega un rol relevante. A través de la racionalización se pueden reducir los costos en una gran cantidad o se posibilita una expansión de la empresa. En caso de carencia de mano de obra, la producción se puede mantener en pie mediante un aumento de la maquinaria. En este sentido se debe tener en cuenta que el Racionalizar no necesariamente va acompañado de una disminución de puestos de trabajo, sino que puede significar una verdadera reestructuración de la empresa.

Fuentes

Cualquier aporte, comentario o pregunta es siempre bienvenido!!