PSAFM02. Programación de sistemas automáticos

En esta actividad te centrarás en los autómatas y manipuladores/robots.

Verás cuál es la ventaja de utilizarlos y sobre todo la manera en la que se programan, sus diferentes lenguajes, etc.

Los sistemas automáticos programables, hoy en día, dan una gran flexibilidad a la hora de realizar automatizaciones. Los autómatas o PLC, son el gran exponente de estos sistemas, permitiéndo facilidad y flexibilidad a la hora de realizar y, sobre todo, a la hora de modificar dicho programa, lo cual permite ejecutar un programa y en muy pocos minutos otro completamente diferente.

Lo mismo ocurre con los robots, ya que aunque cuenta con otro tipo de programación, su sistema es parecido en cuanto a la flexibilidad y rapidez de programación y modificación.

Antes de realizar un programa secuencial en un autómata suele ser conveniente realizar una representación gráfica de cómo se va a realizar la secuencia de trabajo.

Los dos sistemas que vas a ver son:

• Diagramas Espacio-Fase
• GRAFCET

En este tipo de representación se representa el ciclo de funcionamiento de un actuador en función de las fases. Cuando para un mando existen varios actuadores que ordenar, estos se representan de la misma manera y dibujándolos uno bajo el otro. La relación queda establecida por las fases. Llamarás fase al cambio de estado de cualquier elemento que es parte de la secuencia a realizar.

Sobre el eje de abscisas se representan las fases y sobre el eje de las ordenadas las acciones que se realizan.

Un diagrama Espacio-Fase tendrá tantas bandas horizontales como actuadores intervengan en el ciclo. Una de las principales características de este tipo de diagrama es que no interviene el concepto del tiempo, ya que el ancho de las bandas verticales es único para todas las fases.

Como ejemplo puedes observar el siguiente diagrama espacio-fase, el cual realiza la siguiente secuencia: A+B+B-A-, es decir, primero avanza el A, después el B, una vez avanzado este retrocede y cuando el B llega hasta atrás retrocede el cilindro A.

Diagrama Espacio-Fase

En este diagrama puedes observar el funcionamiento de dos cilindros, A y B. Los cuales tienen dos finales de carrera cada uno, a0 y a1 en el cilindro A, que indican a su vez cuando está el cilindro A retrocedido (a0) y cuando está el cilindro A avanzado (a1). En el caso del cilindro B, son los detectores b0 y b1, los cuales indican cuando el cilindro B está retrocedido (b0) y avanzado (b1).

Este diagrama representa la secuencia:

Antes de pulsar el pulsador de marcha, los dos cilindros estarían retrocedidos, detectando los detectores a0 y b0. En el momento de pulsar la marcha avanzaría el cilindro A, cosa que ocurriría en la Fase 1. En la Fase 2, ya con el cilindro A avanzado, estaría el detector a1 activado, con lo que avanza el cilindro B. En la Fase 3, estaría el cilindro B avanzado, con lo que b1 también estaría detectando. En ese instante se retrocedería el B, con lo que b1 deja de detectar, llegando a la Fase 4, en el cual vuelve a detectar el b0 que indica que el cilindro B ha llegado a su posición de retroceso. Y por último retrocedería el cilindro A, estando hasta la Fase 4 activado el detector a1, y pasando en la Fase 5 a activarse el detector a0.

GRAFCET (Gráfico de Control de Etapas de Transición) es una representación gráfica secuencial. Más que un lenguaje es una representación gráfica de la secuencia a realizar, pero siempre como apoyo del lenguaje de programación, sin funcionar por si solo únicamente. Se representa por etapas o fases. Siendo en cada etapa donde se ejecutan las acciones, eso sí, solamente cuando las etapas correspondientes estén activadas. Entre dos etapas hay una transición. En la transición hay una condición que se debe de cumplir para que pase de una etapa a otra etapa. Lo cual quiere decir que después de una etapa siempre hay una o varias transiciones, y después de cada transición siempre debe ir una o varias etapas.

Representación en GRAFCET

La representación GRAFCET se realizará de la forma en la que aparece en la imagen. Siendo los cuadrados la representación de las etapas, y la línea vertical entre las uniones de etapa con etapa, la representación de las transiciones.

Aplicando la representación GRAFCET al ejemplo que has visto en el apartado de Diagramas Espacio-Fase, quedaría de la siguiente manera:

Ejemplo GRAFCET

Esta secuencia GRAFCET representa el ciclo A+ B+ B- A-, es decir, avance del cilindro A, avance del cilindro B, retroceso del cilindro B, y por último, retroceso del cilindro A, respectivamente.

La etapa 0, es la etapa inicial. Se está en la etapa 0 cuando se encuentra en condiciones iniciales. Entre etapa y etapa hay transiciones. Esas transiciones son condiciones que debe de cumplir el sistema para que pase de una etapa a otra. Y cuando se pasa de etapa, la etapa que estaba activada anteriormente se desactiva. Con lo que ni puede ni debe de haber dos etapas (o más) activadas. Solamente puede haber una etapa activa.

Se pasrá a la etapa 1, cuando se pulse el pulsador de marcha, que es la transición entre la etapa inicial 0 y la etapa 1. Cuando eso ocurra, avanzará el cilindro A, que es la única acción que se ejecuta cuando se activa la etapa 1. Pero si se necesitara que se ejecutaran más acciones no habría ningún problema, la diferencia es que en esa etapa en vez de ejecutarse una, se ejecutarían varias a la vez.

En la segunda etapa avanza el cilindro B, y eso ocurrirá cuando estando la etapa 1 activada detecte el detector a1, pasando así a la segunda etapa.

El PLC (Control Lógico Programable) o autómata programable, apareció con la misión de eliminar el enorme costo que significaba el realizar todo un sistema automatizado de control basado en relés a finales de los años 60, añadiendo una gran flexibilidad a la hora de realizar un automatismo, pudiendo así modificarlo sin tantas complicaciones como si fuera un automatismo cableado.

La fecha de creación del PLC coincide con el comienzo de la era del microprocesador y con la generación de la lógica cableada modular.

En su momento los autómatas únicamente controlaban salidas a partir de una lógica y de unas entradas, hoy en día los autómatas están ganando capacidades que solían ser dominio exclusivo de los ordenadores.

Un PLC o autómata es un equipo electrónico programable con el que se puede controlar máquinas, aunque también se puede utilizar para todo tipo de control, como por ejemplo, en la domótica.

El PLC se inició como un reemplazo de todos los automatismos eléctricos que se realizaban y se iban complicando a medida que se necesitaba incorporar muchas condiciones de trabajo. Hoy en día casi la inmensa mayoría de máquinas que necesitan una automatización llevan un PLC para dicho control y gestión, ya sea incorporado en un CNC o por solitario. Son los cerebros de la inmensa mayoría de la automatización, procesos y máquinas especiales en la industria.

Se puede decir que un PLC es como un pequeño ordenador industrial que ha sido especializado para utilizarlo en un ambiente industrial. En su esencia, un PLC mira sensores digitales y analógicos y demás elementos conectados en su entrada, lee su programa de control, y una vez hecho esto es capaz de controlar mediante sus salidas, válvulas, luces, relés, servomotores, etc. y todo esto en muy pocos milisegundos.

Partes de un PLC

Los autómatas programables se componen básicamente de tres partes: Entradas, CPU (Unidad Central de Procesamiento) y las Salidas.

Las entradas se encargan de recoger información externa del autómata y lo adapta y codifica para la CPU. Esa información que llega mediante las entradas, además del programa realizado y almacenado en la memoria, es procesado por la CPU, una vez ejecutado todo esto se encarga de activar las salidas. Y una vez hecho esto, las salidas realizan el trabajo inverso a las entradas, decodificando las señales que llegan desde la CPU, amplificándolos y mandándolos a los actuadores (relés, lámparas, etc.).

La memoria, donde se encuentran las instrucciones del programa, se divide en dos bloques. Por un lado está la memoria ROM (Read Only Memory), en la cual se almacenan programas para el correcto funcionamiento del sistema, es decir, los programas que controlan el correcto funcionamiento del autómata. Siendo dichos programas inaccesibles al usuario final. Y por otro lado está la memoria RAM (Random Access Memory), la cual se puede dividir en otras dos áreas: Memoria de datos (donde se almacenan los estados de las entradas, salidas y variables internas) y Memoria de usuario (en el que se almacena el programa con la que trabajará el autómata).

Para que todo este proceso funcione y todos los elementos citados funcionen, es necesario una fuente de alimentación para abastecer a la CPU y a los diferentes partes que lleva el autómata.

Las entradas y salidas pueden ser digitales, analógicas o especiales. Las E/S digitales presentan dos estados diferentes: presencia o ausencia de tensión, on u off, etc. Es decir, solo se tiene en cuenta si hay o no hay tensión, como si se trabajara con lógica binaria. La tensión con la que trabajan suele ser de 5V DC, 24VDC, 48VDC y 220V AC, siendo la de 24 de corriente continua la más común y más usada.

Las E/S analógicas convierten una señal analógica, ya sea de tensión o corriente, que equivale a una magnitud física (presión, temperatura, nivel, flujo, etc.), en una señal binaria. Para eso suelen llevar un convertidor analógico-digital (A/D). Con lo que la CPU realmente trabaja con un valor binario equivalente a la magnitud física recogida por el sensor.

Las E/S especiales se utilizan en situaciones en las cuales las E/S vistas no sean muy efectivas. Es decir, en aquellas donde el programa necesita de muchas instrucciones o también en aquellas donde por el protocolo utilizado se necesita de dichas entradas para recoger el dato transmitido (tren de impulso, motores paso a paso, etc.). Por ejemplo, en las entradas de contaje rápido, donde el cableado va directamente conectado a dicho entrada el cual lleva un contador interno; siendo su funcionamiento ajeno al ciclo normal del autómata.

A la hora de elegir un autómata, lo primero que se deberá de ver es para qué aplicación se va a utilizar, es decir, saber que aplicación va a controlar y gestionar el autómata.

No todas las aplicaciones son iguales, ni todas las máquinas. Algunas aplicaciones o máquinas necesitan de un autómata que sea capaz de realizar operaciones más complicadas que otras. Y otras aplicaciones con solamente controlar una serie de entradas y activar las salidas correspondientes, es suficiente. Lo cual quiere decir, que en los dos casos expuestos no es necesario utilizar el mismo modelo de autómata. Ya que a mayor gama de autómata, a la vez que aumenta la capacidad en sus prestaciones, también aumenta su precio.

Existen dos tipos de autómatas según la estructura de éstas. Los compactos y los modulares.

Autómata compacto

Los autómatas compactos tienen todos los elementos (fuente de alimentación, CPU, memorias, entradas/salidas, etc.) en un solo bloque. En cambio, los autómatas modulares tienen la estructura general dividida en bloques (módulo de CPU, módulo de entradas/salidas, etc.).

Los autómatas modulares dan la posibilidad de hacer ampliaciones e ir añadiendo diferentes módulos si se requieren más entradas/salida, algún módulo de comunicación o incluso algún módulo de posicionamiento de ejes. En cambio, con los compactos no hay esa posibilidad de expansión que tienen los modulares pudiendo añadir algún módulo de E/S en algunos autómatas. Además, los modulares suelen contener más instrucciones que los compactos, es decir, que en cuando a la CPU también es más avanzado, con más memoria, etc.

Autómata modular

Otra cosa a tener en cuenta a la hora de la elección de nuestro PLC es el modelo a utilizar, ya sea en autómatas compactos o modulares, hay diferentes modelos de PLC-s, las cuales difieren entre ellas en la capacidad de memoria, el número de E/S, el número de funciones especializadas o incluso en la velocidad de procesamiento, entre otras cosas.

Los módulos de E/S suelen llevar necesariamente el conexionado de alimentación, ya sea de corriente continua o corriente alterna, tanto para activar las entradas como las salidas.

Conexión de entradas

Con las entradas digitales suele ser necesario conectar el cable que lleva la señal negativa (o 0v) al módulo donde se encuentran las entradas, ya que desde las entradas se introduce el polo positivo, e internamente es necesario la diferencia potencial para activar las entradas. Todo esto, siempre y cuando se esté trabajando con lógica positiva.

En este esquema se puede observar cómo se conectan los diferentes elementos, como pulsadores, detectores, etc., en los módulos de entradas. Como se puede observar se conecta al módulo el cable de 0v.

En las salidas digitales, a través de cada salida se obtiene la tensión positiva, (habitualmente +24v) cuando se activen las salidas (si se trabaja con lógica positiva), pero para obtener esa señal positiva, anteriormente se debe de conectar al módulo esa señal positiva, para que después cuando se active la salida, cierre el contacto y ese polo positivo lo esté en la salida correspondiente.

Las salidas pueden ser de diferentes tipos: de relés, de transistor y de triac. Las últimas se utilizan con tensión alterna. Las de tipo relé es como si tuviera un relé interno. Con lo que al activar una salida lo que se haría sería excitar la bobina correspondiente, el cual cerraría su contacto normalmente abierto, por el cual pasaría el polo positivo anteriormente conectado, obteniendo a la salida dicho polo positivo. Las salidas de tipo transistor, el funcionamiento es parecido, simplemente que en este caso el transistor al funcionar como un contacto electrónico, lo que se hace es dejar que conduzca para que tener en la salida el polo positivo. Los de tipo relé, tienen la ventaja de que se puede conseguir más amperaje que en los de tipo transistor, pero la desventaja de su conmutación que es más lenta que las de tipo transistor.

Conexión de salidas

En la industria se utilizan a menudo los de tipo transistor, pero luego conectando todas las salidas a unos relés auxiliares. Dejando de esta forma más protegido el transistor que hace que activen las salidas, al tener un consumo bajo la bobina del relé, además de un consumo constante.

A la hora de realizar un programa de PLC, lo primero que se debe de tener en cuenta es en que tipo de lenguaje se quiere programar, ya que prácticamente todos los autómatas del mercado tienen una serie de lenguajes con las que se podría hacer el programa del autómata.

Dentro de los lenguajes existentes para la programación de autómatas hay: el mnemónico (lenguaje textual), el de funciones (por puertas lógicas) y el de diagrama de relés (parecido a un automatismo eléctrico), además de el lenguaje GRAFCET, aunque este último no es un lenguaje en sí que trabaja como los anteriores, sino que tiene que ir acompañado de alguno de los lenguajes citados.

El más extendido en el mercado es el lenguaje de contactos, el de diagrama de relés, ya que es lo más parecido a un esquema eléctrico, con lo que supone una fácil interpretación.

A continuación verás cómo se programan estos lenguajes.

El lenguaje mnemónico, o lista de instrucciones, es un lenguaje escrito que consiste en un conjunto de códigos simbólicos, cada uno de los cuales corresponde a una instrucción. Se conoce también como lenguaje de máquina.

Cada fabricante utiliza su propio lenguaje mnemónico.

El lenguaje de lista de instrucciones es conocido como lenguaje AWL en los autómatas Siemens. En la imagen de la izquierda se observa un ejemplo de como sería un programa lenguaje AWL.

Este programa en mnemónico de Omron es el mismo que el del ejemplo de arriba de Siemens. Los dos realizan la misma automatización. Se puede observar la diferencia entre los dos lenguajes de máquina, dejando de lado la manera en la cual se nombran a las distintas partes de la memoria que hay tanto en Siemens como en Omron, como las salidas, entradas o memoria.

En este módulo no te vas a centrar en este tipo de lenguaje, sino en el lenguaje de diagrama de relés, que es el más extendido a la hora de utilizar un lenguaje de programación.

Lista de instrucciones de Siemens

Mnemónico Omron

Este lenguaje es también conocido como lenguaje de bloques lógicos ya que usa simbología de puertas lógicas como la OR, AND, NOT, NAND, NOR, etc...

Estos símbolos usados son iguales o semejantes a los que se utilizan en los esquemas de bloques en electrónica digital.

Funciones Siemens

Este programa realizado en lenguaje de funciones (FUP en Siemens), sería el equivalente el mismo programa visto en el lenguaje mnemónico. Este tipo de lenguaje es el menos extendido a la hora de realizar un programa.

El lenguaje de diagrama de relés o ladder es el más utilizado a la hora de programar PLC-s. Este sistema permite realizar los programas con componentes similares a los de una automatización eléctrica. Los programas se dividen en segmentos. Y la CPU lee y ejecuta los segmentos de arriba a abajo y de izquierda a derecha.

Los segmentos tienen dos líneas verticales, entre las cuales van las instrucciones. Esas dos líneas verticales representan la alimentación eléctrica. Siendo el de la izquierda el conductor con tensión y el de la derecha el de la tierra o 0v.

Lo comentado hasta ahora es muy parecido a la representación de un esquema eléctrico y/o de una automatización eléctrica. Pero el funcionamiento no es igual. Ya que mientras en una automatización eléctrica todos los elementos funcionan a la vez al momento de aplicarles una diferencia de potencial, en este caso, los segmentos se ejecutan de forma secuencial, desde arriba hacia abajo.

En el ejemplo de programación de diagrama de relés de Siemens (es el mismo programa que el que aparece en el apartado de Mnemónico y Funciones), puedes observar como se programa en diagrama de relés. En este caso no se ejecutan, o se leen, los cuatro segmentos a la vez, si no que iría en orden, desde el segmento 1 hasta el segmento 4.

En el ejemplo de programación de diagrama de relés de Omron puedes observar que no hay mucha diferencia respecto al de la programación en Siemens. Varía en la representación de algunas instrucciones, pero la estructura de segmentos y las instrucciones básicas se representan casi de la misma manera.

Diagrama de relés de Siemens

Diagrama de Relés de Omron

Además de estos tres tipos de lenguajes en la programación de autómatas, existen otros como el lenguaje GRAFCET anteriormente citado, aunque propiamente dicho, el GRAFCET no se considera como un lenguaje como tal, si no como una ayuda en forma de representación gráfica a la hora de programar automatizaciones secuenciales, pero siempre utilizando los otros lenguajes de programación como base.

Algunos fabricantes dan la opción de utilizar esta programación en GRAFCET. Pero no todos.

Además de los tipos de lenguajes mencionados existen otros, como los de alto nivel. Gracias a que las CPUs de los autómatas cada vez son más rápidas y más potentes se están implementando lenguajes de programación que anteriormente estaban reservadas para miniordenadores industriales.

Con lo que este tipo de lenguaje de alto nivel mezcla instrucciones tradiciones de PLCs como SET, RESET, etc., con símbolos matemáticos, además de lo que realmente hace que el lenguaje sea de alto nivel, es decir, con posibilidad de programar por bloques o subrutinas con variables locales o globales y también con estructuras de cálculo repetitivo y condicional, tales como:

• FOR ... TO
• WHILE
• IF ... THEN ...ELSE

Este tipo de programación es muy parecido al lenguaje informático tipo PASCAL, C, BASIC, etc. empleado en el mundo informático.

En cualquier caso, este tipo de lenguaje de alto nivel da posibilidades adicionales a la hora de programar, con el que se puede, si así se desea, utilizar este lenguaje de alto nivel o también utilizar solamente las formas básicas de contactos/bloques o lista de instrucciones: en otras palabras, estos lenguajes avanzados nunca constituyen el lenguaje básico de un autómata, papel que queda reservado a la lista de instrucciones o al diagrama de contactos.

Un ciclo secuencial es posible realizarlo sin utilizar el lenguaje GRAFCET. Lo único necesario para realizar dicha secuencia es utilizar la metodología utilizada por el sistema GRAFCET, y aplicarlo en el lenguaje de diagrama de relés o ladder.

En el siguiente ejemplo, puedes observar cómo se realizaría un ciclo secuencial programado en lenguaje ladder o diagrama de relés:

Los elementos a mover son dos cilindros, que contienen dos finales de carrera cada uno. Cada final de carrera indica si el cilindro está avanzado o retrocedido. Y cada uno de ellos está conectado a su entrada de autómata (en Siemens las entradas empiezan por la letra E, las salidas por la letra A y las variables internas, marcas auxiliares, por la letra M). Como preaccionamientos hay dos electroválvulas accionadas por bobinas, las cuales se excitan mediante las salidas de autómata. La secuencia a realizar será: A+ B+ B- A-

En la entrada E124.4 es donde está conectado el pulsador de marcha, con el cual comenzará el ciclo.

Como se ha comentado en los puntos a tener en cuenta, lo primero que se debe de hacer es asignar una variable interna a cada etapa. Como en esta secuencia se tienen 4 etapas, se necesitan 4 bits. Las marcas o variables internas para cada etapa serán: M0.0 (Etapa 1), M0.1 (Etapa 2), M0.2 (Etapa 3), M0.3 (Etapa 4).

Lo visto hasta ahora es simplemente la programación de la secuencia que se quiere que realice la aplicación. Pero como se ha podido observar solamente se han activado las variables internas, y para que haya alguna acción es necesario activar las salidas.

Con la programación de la secuencia, se ha conseguido activar y desactivar las etapas. Pero como cada etapa activa ya tiene su acción a realizar, ahora lo que hay que hacer es enlazar las etapas con las acciones, sabiendo que para accionar algo es necesario activar las salidas del autómata.

Por ejemplo: Cuando se activa la salida A125.0 se consigue que el cilindro A avance, y sabiendo que el cilindro A hay que avanzar en la primera etapa se enlaza la salida A125.0 con la variable M0.0, como está en el programa, lo mismo con las otras tres. La salida A125.1 retrocede el cilindro A, cosa que se da en la cuarta etapa, es decir, con M0.3 activa. La salida A125.2 avanza el cilindro B, es decir, hay que enlazar dicha salida con la etapa 1, M0.1. Y por último, la salida A125.3, que retrocede el cilindro B, con la etapa 2, M0.2

Los autómatas suelen tener una memoria específica para los temporizadores y/o contadores, por lo cual, suele ser limitada la cantidad de temporizadores a utilizar en un programa. Eso sí, cada temporizador tiene que ir numerado, y esa numeración no se puede repetir con otro temporizadores.

De un fabricante a otro, suele variar la cantidad de diferentes tipos de temporizadores existentes. Pero, prácticamente, en todos los autómatas existen dos tipos de temporizadores: el de retardo a la conexión y el de retardo a la desconexión. Aunque no haya más tipos de temporizadores no es un problema excesivamente grave, ya que con un sólo tipo de temporizador se puede realizar cualquier tipo de temporización, simplemente con saber cómo funciona el temporizador y acompañándolo con un programa.

Tanto el temporizador con retardo con conexión como el de desconexión, funcionan como los relés temporizados con retardo a la conexión y a la desconexión eléctricos, respectivamente.

El temporizador con retardo a la conexión, como su propio nombre indica, retarda la conexión, es decir, el temporizador se activa una vez pasado el tiempo.

Pero ¿cuándo empieza contar el tiempo? Al igual que un relé temporizado con retardo a la conexión que empieza a temporizar cuando se excita su bobina, esta instrucción empieza a contar el tiempo cuando se cumplen las condiciones puestas a la entrada del temporizador (en la patilla de activación) y se tiene un 1 lógico. En ese instante el temporizador no se activa, pero empieza a temporizar y una vez terminado la temporización se activa. Siempre y cuando haya permanecido el 1 lógico en la patilla de activación, ya que de no ser así, dejaría de temporizar y también se desactivaría, si estuviese activado.

Temporizador con Retardo a la Conexión de Omron

En este ejemplo, podrás observar el funcionamiento de un temporizador con retardo a la conexión de Omron.

La condición de entrada del temporizador es la entrada 00.00. Cuando ese bit se ponga a 1 lógico el temporizador empezará a contar los 5 segundos que tiene preestablecidos y si permanece a 1 cuando pasen esos 5 segundos se activará el temporizador, con lo cual se activará la salida 100.00. En el momento que la entrada 00.00 se desactive y pase a 0, el temporizador se desconectará y por lo tanto, también la salida 100.00. Si la entrada 00.00 se desactiva antes de que transcurran los 5 segundos, el temporizador al no activarse, tampoco se activará la salida 100.00.

El temporizador con retardo a la desconexión, como su propio nombre indica, retarda la desconexión, es decir, el temporizador se desactiva una vez pasado el tiempo.

Pero ¿cuándo empieza contar el tiempo? Al igual que un relé temporizado con retardo a la desconexión que empieza a temporizar cuando se deja de excitar su bobina, esta instrucción empieza a contar el tiempo cuando se dejan de cumplir las condiciones puestas a la entrada del temporizador (en la patilla de activación), es decir, cuando pasa de tener un 1 lógico a tener un 0 lógico. El temporizador se activa nada más poner a 1 su entrada y permanece activado hasta que termina la temporización.

Temporizador con Retardo a la Desconexión de Siemens

En este ejemplo, podrás observar el funcionamiento de un temporizador con retardo a la desconexión de Siemens.

Cuando la entrada E0.0 se pone a 1 lógico el temporizador se activa y permanece activo, al igual que la salida A100.0. En el instante en cual E0.0 pasa a ser 0, el temporizador empieza a temporizar, pero permaneciendo aún activado el temporizador y, por consiguiente, A100.0. Una vez que pasan los 3 segundos que tiene programados el temporizador se desactiva el temporizador además de la salida A100.0.

Los contadores en algunos autómatas suelen compartir zona de memoria junto con los temporizadores, con lo que en esos casos hay más limitación a la hora de utilizar contadores (y también temporizadores). En otros los contadores tienen su propia zona de memoria, siendo también limitada, pero en ningún caso dependiente de la cantidad de temporizadores que se utilicen.

Los contadores hay que numerarlos. Cada contador tendrá que llevar un número de identificación que en cada autómata/fabricante se representa de diferente manera.

Dentro de los contadores puedes encontrarte con diferentes tipos de contadores: contadores ascendentes, contadores descendentes y contadores reversibles o ascendentes/descendentes. En algunos autómatas no suele haber contadores ascendentes y descendentes, suele haber solamente uno de ellos.

• Los contadores ascendentes, van incrementando su valor en 1 cada vez que su entrada varía de 0 a 1 lógico.

• Los contadores descendentes, van decrementando el valor en 1 cada vez que su entrada varía de 0 a 1 lógico.

• Y los contadores reversibles, al tener dos entradas, uno para contar y el otro para descontar, realizan la misma tarea que los dos anteriores contadores, es decir, por una entrada incrementa en 1 el valor y por otro decrementa el valor. Normalmente, cuando el contador llega a un valor determinado, anteriormente predefinido, dicho contador se activa, pero no en todos los casos.

Como ejemplo de esta última excepción verás el funcionamiento del contador reversible de Siemens, que es de los más completos en cuanto a su parametrización.

Contador Ascendente/Descendente de Siemens

En el ejemplo del contador ascendente/descendente de Siemens el contador partirá desde 0. Es decir, su valor inicial será 0. En el momento en el que la resultante entre E10.0 y E10.1 pase de 0 a 1 lógico, el valor del contador pasará a 1. En el instante de que vuelva a pasar de 0 a 1 la misma condición pasará el valor del contador a 2. Y así sucesivamente. Este valor del contador se puede obtener a través de las patillas DUAL y DEZ, en hexadecimal y BCD, respectivamente.

Cuando la entrada E5.0 pase de 0 a 1 lógico, el contador decrementará su valor en 1. Pasando a 1 si su valor anterior era 2. Es decir, la patilla ZV del contador es la patilla que hace que incremente el valor del contador y la patilla ZR la que decrementa.

¿Pero, y el estado del contador? El contador estaría siempre desactivado si su valor es 0, si su valor es cualquiera que no sea 0 estará activado. Y en el momento en el que se active el contador, según nuestro ejemplo, también se activará la salida A0.0.

El valor del contador Z0, que es así como se llama el contador en este ejemplo, puede coger un valor determinado, en concreto el valor que se tiene puesto en la patilla ZW (en este ejemplo 5). Lo cual quiere decir, si el contador tiene cualquier valor, dejará de tenerlo y pasará a tener 5, ¿pero, cuándo? Cuando la entrada E0.0 pase a 1 lógico. Es decir, la patilla S cuando se activa, se consigue cargar al contador el valor que se tiene en la patilla ZW. Y por último, la patilla R, es de reset, es decir, pone el contador a 0, cuando esa patilla pasa de 0 a 1 lógico.

Además de las instrucciones citadas, existen muchas más en todos los autómatas, las que verás a continuación son algunas de las más utilizadas.

• Flancos de subida y de bajada

Estas instrucciones detectan variaciones de bit, es decir, las instrucciones de flanco de subida detectan cuándo hay en su entrada una variación de 0 a 1 lógico. Y los de bajada detectan la variación de 1 a 0 lógico. En ese instante la variable interna al que está asociado esa instrucción se pone a 1 lógico, volviendo a pasar a 0 en el siguiente ciclo de scan, ya que en el siguiente ciclo de scan es imposible que se repita una variación en el mismo sentido. Lo cual quiere decir que los bits asociados a estas instrucciones solamente estarán a 1 lógico durante unos milisegundos, el tiempo que tarde en ejecutar un scan o ciclo de programa.

En este programa se puede ver cómo funciona una instrucción de flanco de subida o ascendente, conocido en Omron como DIFU. La variable interna 20.00 se pone a 1 lógico cuando la resultante formado por el paralelo entre 0.08 y 0.12 pase de 0 a 1 lógico. En ese instante la instrucción DIFU detecta un flanco ascendente en su entrada con lo que el bit 20.00 se pone a 1, activando, en nuestro programa, la salida 100.00. El bit 20.00 permanecerá a 1 lógico durante un ciclo de scan como todos los bits asociados a las instrucciones de flanco ascendente y también los de flanco descendente.

• Instrucción de transferencia

Esta instrucción copia un dato o valor, ya sea una constante o almacenado en una variable, a otra variable. Es decir la fuente puede ser una constante o una variable, pero el destino debe de ser una zona de memoria o una variable. El dato a mover puede ser un byte, una word o una doble word, pero esto varía de un fabricante a otro.

En la imagen puedes observar cómo la instrucción de transferencia de Siemens, llamada MOVE lleva una condición para la habilitación de la instrucción, es decir, solamente hará su trabajo cuando la entrada E124.1 está a 1 lógico. En ese instante moverá el número 0 a la variable MW0.

• Instrucción de comparación

Esta instrucción compara dos datos para dar a conocer después si un dato es mayor, menor o igual que otro. En algunos autómatas esta instrucción es única obteniendo como resultado la comparación citada, pero en otras como Siemens, existen unas cuantas instrucciones de comparación. Es decir, existen instrucciones de comparación de mayor, de menor, de igual, de menor o igual, y de mayor o igual. Y como resultado dicen si lo comparado es cierto o no.

En otros casos como en el de Omron de este ejemplo se utiliza una instrucción de comparación y es con el resultado con el que se juega. Es decir, hay bits de sistema que las cuales se activan o se desactivan diciéndo si es mayor, menor o igual.

En el ejemplo, la instrucción de comparación se ejecuta cada ciclo de scan, ya que la condición para que se ejecute dicha instrucción es un bit de sistema que siempre está a 1 lógico. El comparador está comparando el valor del contador CNT1 con el canal 160, es decir, con el valor que contiene la variable interna 160 (que es de 16 bits). El resultado se obtiene nada más ejecutar la comparación mediante los bits de sistema. La salida 100.00 se activará cuando el valor de CNT1 sea mayor que valor que contiene la variable 160 y la salida 100.01, en cambio, se activará cuando el valor de CNT1 sea menor que el valor que contiene la variable 160.

Flanco ascendente de Omron

Instrucción de transferencia de Siemens

Instrucción de comparación

Los programas de autómatas se pueden realizar a mano y en una hoja cualquiera, pero si se quiere que el autómata tenga en cuenta el programa realizado y trabaje sobre ese programa, es necesario realizar ese programa con el software de programación que suele tener cada fabricante de autómatas.

Esos softwares, muchas veces, advierten de algún error de programación, en cuanto a que alguna instrucción está incompleta y falta por ponerle todos los parámetros o algún segmento mal diseñado. Pero lo que no hace es que un programa mal hecho en cuanto a su funcionamiento, avise de ello, ya que su misión, la del autómata, será ejecutar el programa introducido a su memoria. Y la misión del programador será si hay algún error en el funcionamiento por mala programación, solucionarlo.

Una vez hecho el programa en el software del fabricante del autómata donde se quiere ejecutar dicho programa, el siguiente paso es enviar ese programa al autómata. Para eso se suele utilizar diferentes tipos de comunicación, desde conexión RS232 hasta conexión USB, en el lado del PC. Eso depende de cada fabricante.

Después de enviar el programa hay que testearlo, probar todas las cosas de la máquina, sobre todo seguridades, para que cuando esté trabajando se esté seguro de que no habrá ningún imprevisto.

La mayor parte de manipuladores que se utilizan en la industria realizan un trabajo indirecto sobre la pieza, es decir, no mecanizan la pieza ni trabajan la pieza, sino que realizan trabajos como carga y descarga, transportes, etc. Aunque uno de ellos, concretamente el robot, sí es utilizado en los procesos de mecanizado, como en soldadura, por ejemplo.

El manipulador que se observa en esta imagen es de la empresa Gaindu S.L. Es un manipulador eléctrico, también conocido como pórtico.

La tecnología utilizada en los manipuladores suele ser eléctrica y neumática, aunque también es posible ver la hidráulica, sobre todo en los amarres, ya que necesitan una tecnología que proporcione mayor fuerza que la neumática.

Muchos manipuladores que se utilizan en la industria son manuales, sobre todo las que se utilizan para carga y descarga, pero en la automatización la mayoría suelen utilizar la tecnología neumática y eléctrica.

En este vídeo podrás ver una automatización donde hay unos cuantos manipuladores neumáticos:

La programación de un manipulador automatizado suele hacerse mediante un autómata. Algunas veces, si la automatización no tiene mucha complicación se suele aprovechar y programar en el autómata de la máquina donde se realizará la carga o descarga mediante dicho manipulador.

Otras veces, al ser el sistema más complicado, se trata como una máquina más con su autómata, con lo que la programación se realiza en un autómata propio para ese sistema automatizado del manipulador.

La programación, al ser en un autómata se puede realizar mediante cualquier tipo de lenguaje visto anteriormente, aunque el más utilizado suele ser el de diagrama de relés.

En las cintas transportadoras y en los manipuladores neumáticos la programación suele ser sencilla, ya que dichas automatizaciones no suelen llevar mucha complicación habitualmente. En cambio con los pórticos, al ser ejes controlados, suele ser necesario realizar dicho control por autómata (e incluso con programación CNC) con las instrucciones necesarias para el control y movimiento.

En el siguiente vídeo podrás observar una de las aplicaciones para las que se utilizan los robots:

El robot industrial es un mecanismo poliarticulado dotado de autonomía e ''inteligencia''.

Se puede entender por lo tanto que, de igual manera, su definición sea un poco flexible. Por eso las diferentes asociaciones y federaciones al definir un robot industrial difieren en pequeñas pinceladas, pero lógicamente, convergen en los conceptos más básicos.

Durante estos últimos años, la irrupción de la robótica en la industria, ha sido muy importante. Los principales campos de aplicación de la robótica son:

• Soldadura: la soldadura es el proceso de unión de piezas metálicas de igual o distintos materiales. Existen varias modalidades de soldadura, siendo la soldadura por puntos y la de arco las empleadas en la mayoría de robots de soldadura que se hallan en funcionamiento actualmente.
• Manipulación: los trabajos de manipulación se pueden dividir en grupos, que básicamente son los que representan esta aplicación. Grupos, tales como carga y descarga de máquinas, Cintas transportadoras, paletización, etc.
• Mecanizado: se utiliza en muchas ocasiones para el desbarbado de piezas de fundición sobre herramientas estáticas como esmeriles, y cintas de lija sin fin, corte por chorro de agua, corte por láser y pequeños mecanizados.
• Montaje y ensamblado: normalmente son robots pequeños que se utilizan básicamente en montaje y ensamblado de pequeña piecería, conjuntos, circuitos impresos etc.

También podrás encontrar otras aplicaciones donde se utilizan los robots, tales como; pintura, encolado y en otros campos menos industriales como en la medicina y la formación e investigación.

En el siguiente vídeo puedes ver un robot realizando trabajos de soldadura:

En la actualidad, muy pocas veces un robot industrial trabaja como un elemento aislado, la mayoría de las veces forma parte de un proceso que incluye muchos otros equipos. El robot, es parte principal de una célula robotizada y debe interactuar con otras máquinas.

El primer aspecto analizado en esta unidad didáctica es el diseño de la célula desde el punto de vista del layout (esquema de distribución de los elementos en la planta) y la arquitectura de control (sistema de interacción con las otras máquinas de la célula).

Como se puede observar en la fotografía de la izquierda, realizada por www.16valvulas.com.ar, se puede observar el trabajo que desempeñan los robots, además de el de soldadura, en la industria. En concreto es una planta de BMW de Munich y se pueden observar varios robots trabajando en el ensamblaje del carrocería de un coche.

La flexibilidad del robot industrial le permite realizar una infinidad de trabajos .A continuación verás las estructuras mas típicas :

• Robot en el centro de la célula de trabajo

En esta disposición, el robot se sitúa rodeado del resto de elementos que intervienen en la célula. Es una típica situación para robots de estructura angular, polar, cilíndrica o SCARA.

• Robot en línea

Cuando uno o varios robots deben trabajar sobre elementos que llegan en un sistema de transporte, la disposición de robots en línea es la más adecuada. Se utilizan normalmente en aplicaciones de soldadura en el sector de automoción.

• Robot móvil

El robot se puede instalar sobre track , de esta manera, cuando el sistema de transporte de la pieza es continuo el robot pueda seguir a la pieza y trabajar sobre ella. Asimismo, este sistema, otorga al robot maniobrabilidad y por consiguiente dispone de mayor campo de acción o área de trabajo.

• Robot suspendido

Es posible colocar un robot suspendido o invertido en una célula, en esta situación, se aprovechará mejor el área de trabajo ya que el robot puede acceder a puntos situados sobre su eje vertical. Este sistema es muy utilizado en aplicaciones de proyección de material (pintura, acabado superficial, etc.), corte (chorro de agua, láser, etc.), soldadura de arco.

En el siguiente vídeo podrás ver cómo trabajan los robots en una cadena de montaje de coches:

Para este cometido, quizás no se cuente con el robot in situ, pero existen diferentes softwares que ayudan a simular situaciones 3D de mucho realismo y complejidad. Mediante estos sistemas informáticos, se pueden situar robots y elementos importados desde sistemas CAD con sus dimensiones reales. Asimismo, estos sistemas permiten planificar trayectorias, simularlas y detectar posibles colisiones con los elementos pasivos del entorno.

Las características de los robots, habitualmente, vienen dadas por los fabricantes, mediante datos numéricos y gráficos. Por lo tanto se deberán conocer los significados de cada concepto.

Posicionamientos, orientación, grados de libertad, capacidad de carga, velocidades, etc., son atributos que los robots poseen y los diferencia a unos de otros.

Seguidamente se estudiarán estas índoles sin intención de profundizar pero si con el objetivo de que se identifiquen, conozcan y sirvan de argumento de comparación.

• Grados de libertad: el número de movimientos posibles independientes de una articulación se conoce como grados de libertad. A mayor grados de libertad, mayor numero de posicionamientos son accesibles. El número de grados de libertad está asociado al tipo de articulaciones que forman al robot. Generalmente, el número de ejes de rotación y desplazamiento que posee el robot equivalen a su número de grados de libertad. El número de grados de libertad del robot influye decisivamente en su capacidad de manipulación. Los robots manipuladores más usuales en la robótica industrial poseen de 4 a 6 grados de libertad o ejes. También son usados robots con mayor número de grados de libertad para tareas especificas como la pintura, pero suelen ser aportados posteriormente al robot estándar del fabricante. Cuando un robot dispone de más de 6 ejes de libertad se le denomina robot con maniobrabilidad.

• Representación de la orientación: el posicionamiento de un robot no se completa simplemente con la definición de un punto en el espacio. Habitualmente para completar el dato de un punto de un robot es necesario definir la orientación. Pues es muy posible, que aun estando en el mismo punto el robot esté con diferentes orientaciones sobre él. Por ejemplo: en soldadura al arco es muy importante mantener un ángulo durante la ejecución del cordón para que la soldadura sea adecuada, al coger una pieza se debe de abordar el proceso con ángulos determinados para que la pieza quede bien sujeta, etc.. En estos casos y en muchos otros por tanto, la orientación es clave. La orientación se determina analíticamente por giros de bases de coordenadas que no se estudiarán, pero comentar que existen diversos métodos analíticos para abordar esta cuestión. Simplemente con entender que el robot puede estar en un punto con diferentes orientaciones será suficiente para el desarrollo del curso. El computador de ejes del controlador será el encargado de ahorrar al usuario la tarea de pesados cálculos.

• Accesibilidad: un robot, como se ha visto en la actividad anterior abarca un área de trabajo que inscribe puntos donde puede llegar. A decir verdad, el robot puede llegar a todos estos puntos pero no de la misma manera. El robot puede acceder con orientaciones diferentes con facilidad a diversos puntos dentro del espacio de trabajo. Al punto donde el robot se posiciona con todas las orientaciones posibles se le denomina punto de accesibilidad total.

• Velocidad: la velocidad es un factor muy importante para un robot. Es evidente la competitividad que en la actualidad hay en el mundo industrial, y por eso la productividad apremia en muchas de las empresas que tienen instauradas células robotizadas. La mejora de tiempos de producción por lo tanto, es un importante factor en el proceso de cualquier producto.

• Volumen de trabajo: el volumen de trabajo de un robot determina el volumen de espacio a donde puede llegar la punta del robot sin tener en cuenta la herramienta que lleve montada. Sera el espacio donde se moverá la muñeca del robot. El fabricante suele proporcionar un gráfico donde se muestra este volumen de espacio para cada uno de sus modelos.

• Error de posicionamiento (repetibilidad): el robot es una maquina que reúne muchas cualidades. La velocidad con la que desarrolla los trabajos, la flexibilidad de adaptación a diferentes procesos tanto por su estructura como por la programabilidad, y varios conceptos más que se comentaron anteriormente durante el curso, lo convierten en una máquina muy completa. Pero en el proceso productivo esto no es suficiente, una de las características más importantes que el fabricante siempre especifica es el error de posicionamiento que comete el robot. Ese error, ofrece al futuro usuario una idea de la exactitud con la cual el robot se posiciona sobre un punto en el espacio. Factores como la longitud de las articulaciones del brazo, la carga manipulada, la configuración del robot.. influyen en el posicionamiento del extremo del brazo. El error se podría notificar con diferentes conceptos como precisión o resolución pero el fabricante habitualmente el dato que suministra es el de repetibilidad y este dato es el que se emplea para comparar entre diferentes robots en exactitud. Podríamos decir que la repetibilidad es la diferencia máxima entre el punto programado y el punto real. Los conceptos de RESOLUCIÓN, PRECISIÓN y REPETIBILIDAD se definen para el extremo de la muñeca del robot y para la configuración del robot más desfavorable (que generalmente equivale al brazo totalmente extendido).

Grados de libertad

Representación de la orientación

La programabilidad, es una de las grandes virtudes intrínsecas de los robots. Mediante esta cualidad, los cambios de procesos son viables con la sola introducción de un código de programa ahondando en la flexibilidad y mejora de tiempos en los procesos de puesta en marcha. Es en la facilidad de reprogramación donde radica la ventaja de la utilización de robots como dispositivos de fabricación flexibles Pero existen diversos métodos de programación que se presentaran y comentarán a continuación:

La programación del robot es la forma que tiene el usuario de indicar la secuencia de operaciones que debe realizar el robot para llevar a cabo la aplicación.

En la programación se determinan funciones tales como, moverse a puntos predefinidos, activación y desactivación de herramientas, sentencias condicionales, instrucciones para la coordinación con otros dispositivos de la célula, etc..

Existe básicamente dos estilos de programación:

• Programación por guiado o programación ONLINE:

Se programa sobre el robot mediante guiado activo o pasivo. El robot es necesario para la fase de programación.

• Programación textual u OFFLINE:

Mediante una programación textual o modelado geométrico de la célula en PC, se realiza el código de programa, anteriormente a la puesta en marcha del robot. La presencia del robot no es necesario esta fase de programación y solo se utiliza para la fase de prueba, depuración y puesta en marcha de la aplicación.

El programador mueve el brazo del robot por la trayectoria a seguir, y los puntos de la trayectoria se graban en la memoria del controlador del robot. Se pueden diferenciar entre el guiado activo y el guiado pasivo .

• Guiado activo

El programador mueve las articulaciones utilizando el propio sistema de accionamiento del robot, controlándolo desde una consola de programación también llamada en el argot teach pendant.

Se pueden programar no sólo los movimientos de las articulaciones del manipulador, sino que también se pueden determinar, velocidades, aceleraciones, y básicamente toda las posibilidades de programación de flujo de programa, condiciones, sentencias para E/S, etc... Como se puede intuir, la consola de programación tiene todas las herramientas para realizar cualquier programa del robot. Pero es lento y tedioso en la práctica y además el robot debe de estar a disposición del programador.

• Guiado pasivo

Es el programador el que mueve la estructura del robot, con los actuadores desconectados.

Suelen utilizarse para programación de trayectorias continuas. El controlador almacena los puntos realizando un muestreo de los puntos por los que pasa el brazo con una frecuencia determinada. (Robots pequeños).

En casos excepcionales y en algunas aplicaciones en concreto este guiado se puede realizar por maniquí, sobre todo cuando el robot es de considerables dimensiones.

La programación textual, es una programación que no necesita del robot físicamente. Se programa en código facilitado por el fabricante y se puede realizar en cualquier PC . Necesita habitualmente un pequeño periodo previo a la puesta en marcha de prueba y depuración del programa. En la actualidad, este modo de programación ha evolucionado junto con el desarrollo de los soportes informáticos, diferenciándose dos sistemas de programación textual, explicita y mediante modelado geométrico .

• Programación explícita

Cada fabricante de robot ha desarrollado su propio lenguaje de control para sus modelos, desarrollando individualmente sus sistemas. Por lo tanto existen diversos lenguajes en el campo de la robótica industrial.

En este método de programación, el código de las instrucciones, se realiza mediante lenguajes de alto nivel. Las trayectorias del robot, especificadas por sus coordenadas, se calculan matemáticamente. Pudiéndose en la gran mayoría de los casos mediante rutinas y formulación de nuevas instrucciones trabajar a niveles superiores de objeto e incluso tareas.

• Programación por modelado geométrico

Cabe destacar, que existen diferentes niveles de este modo de programación:

• Programación manual: el programador especifica las posiciones en el entorno virtual y genera trayectorias entre las posiciones especificadas. Se basa en generar trayectorias y el código restante se realiza mediante el método explícito.

• Programación automática: el programador indica en modelos geométricos, las superficies o líneas que el robot debe de perseguir o indicando las posiciones, es el software el que se encarga de generar automáticamente la trayectoria. El usuario al igual que en el método manual debe de definir el resto del programa.

• Programación implícita: en desarrollo en la actualidad por la gran mayoría de los fabricantes, se pretende que se generen automáticamente tanto trayectorias como códigos restantes. Este sistema es también conocido como programación a nivel de tarea. Al software se le encomienda una tarea y se encarga de dividir el trabajo en subtareas y movimientos del robot.

Estas son preguntas que se hace cualquiera que haya visto trabajar o ha trabajado con robots. Las respuestas a estas preguntas son muy importantes, pero suelen ser muy extensas y muy técnicas. Lo importante es conocer el concepto que encierran las respuestas a estas preguntas y se intentará dar respuesta a estas preguntas de manera sencilla y concisa

Básicamente los elementos clave para que el robot conozca su posición en todo momento son tres, el resolver, la tarjeta de memoria y el armario de control (computador y unidad de accionamiento).

• Resolver: el resolver es un sensor analógico absoluto de captación angular de posición. Se trata básicamente de un transformador rotatorio. Se encarga de captar la posición de cada uno de los ejes del robot.

• Tarjeta de medida serie: la tarjeta de medida serie es una tarjeta que se encuentra en la base del robot y recibe la información desde todos los resolvers. Unas baterías son las encargadas de mantener la memoria cuando se apaga el robot. Sus funciones son varias , realiza el procesamiento de datos del resolver, Cuenta el número de vueltas del resolver,mantener la información cuando el robot este apagado...

• Control: el control procesa los datos recibidos de la tarjeta de medida. El valor actual del resolver y nº de vueltas informarán de la posición del eje. La frecuencia de las repeticiones de señales informarán de la Velocidad del eje. Dirección del motor (Desfase entre ondas).

Control

El proceso de calibración consiste en la determinación de las posiciones de calibración (posiciones cero) de los ejes, que se utilizarán como las bases de sus posicionamientos.

El robot habitualmente visita varios puntos en el espacio durante un programa. Estos puntos son relativos unos de otros. La única posición absoluta se llama posición de calibración y todas las demás posiciones son relativas a ésta.

Por lo tanto es muy importante definir esta primera posición de calibración (pcalibración) pues el robot se va a mover siempre respecto a ella.

El robot está calibrado en el momento de la entrega. Para eso, el día que se fabricó el robot, los ejes fueron colocados en sus posiciones de calibración específicas y los valores del resolver fueron almacenados en esa situación. Los ejes se colocaron utilizando niveles electrónicos en una situación en concreto. En esta posición también se le efectuaron unas muescas o marcas de coincidencia o se le colocaron unos nonius en cada eje con el anterior o siguiente correlativo.

En su día, los valores de los resolvers en esa situación se midieron y se almacenaron como anteriormente se ha expresado. Estos valores son muy importantes, cada robot poseerá los suyos específicos y se meterán en los parámetros máquina del robot.

Pasos a seguir en un calibración fina:

1. Colocar el robot en una posición especifica utilizando herramientas concretas como niveles electrónicos, instrumentos de medida, etc.. (Tarea compleja, de especialista y tediosa).
2. En esa posición (posición de calibración) medir los valores de los resolvers de cada eje.
3. Guardar los valores e introducirlos como parámetros de máquina.
4. Especificar al robot, que además, esta es la vuelta cero del resolver desde donde empezará a contar y descontar las vueltas la tarjeta tarjeta de medida serie.

Habitualmente, esta operación no se realizará en casi ninguna circunstancia. Solamente se debería realizar si el robot hubiese tenido percances como:

• Rotura de los motores.
• Rotura de reductores.
• Rotura de resolvers.
• etc.

El lenguaje de programación es el idioma con el que se comunica al robot las acciones que debe realizar. Cada fabricante de robot posee su propio lenguaje de programación por ejemplo el lenguaje de programación de ABB es el Rapid , el de Fanuc es el TPE .

Dentro del lenguaje de programación se distinguen distintas instrucciones dependiendo de su función :

• Instrucciones de movimiento.

• Instrucciones de Entrada/Salidas.

• Instrucciones de flujo de programa.

El lenguaje de programación obliga a mantener una estructura concreta. Se tomará como ejemplo el lenguaje RAPID de los robots ABB.

El código de programa en RAPID se presenta siempre con la misma estructura.

• Cabecera: es el encabezamiento obligatorio que se debe de usar en todos los programas.

• Declaración de variables: en este apartado se dará nombre, tipo y valor a los datos que posteriormente se usarán.

• Instrucciones: son los comandos con los cuales se dan órdenes al robot para que realice alguna tarea, ya sea movimiento, supervisión, espera etc.

• Movimiento lineal: el robot traza una linea recta entre la posición actual y la posición demandada .

• Movimiento eje a eje: el robot alcanza la posición demandada de forma rápida pero sin realizar un trazado determinado.

Los movimiento lineales son necesarios en aquellos casos que se desee controlar la trazada que realizará, pero tiene la desventaja que puede que el robot no sea capaz de realizar una línea recta entre la posición actual y la posición demandada. En ese caso daría un error. Los movimientos eje a eje tienen la desventaja de no conocer la trazada que va a realizar . En cada momento se deberá decidir qué tipo de movimiento usar. Así, los movimientos de acercamiento y los movimientos largos se realizarán con movimientos eje a eje, en cambio los movimientos en la zona de trabajo (dentro de la maquina, soldando,...) se realizarán con movimientos lineales.

Tomando como ejemplo las instrucciones de movimiento del lenguaje Rapid de los robot ABB, esas instrucciones se escribirían de la siguiente forma:

Movimiento eje a eje: MOVEJ P1,V1000,Z15,Tpinza;

Movimiento lineal: MOVEL P1,V1000,Z15,Tpinza;

• MoveJ: instrucción de movimiento eje a eje.

• MoveL: instrucción de movimiento lineal.

• P1: punto de destino del movimiento .Este deberá estar definido en el apartado de declaración de variables (tipo de dato:Robtarget) .En un punto se indica las cotas X,Y y Z donde se debe situar la punta de la herramienta así como la posición de la herramienta .

• V1000: la velocidad máxima con la que realizar el movimiento en mm/s .

• Z15: precisión en mm . Si se le indica Z15, el robot, una vez haya llegado a 15mm del punto de destino, empezara a ejecutar la siguiente instrucción, con lo que puede que no llegue al punto. Si se desea que la instrucción acabe en el punto se deberá de poner FINE.

• Tpinza: la herramienta que lleva el robot . Es la punta de esta herramienta la que la situara en el punto que se ha determinado.

El robot ademas de realizar movimientos gobierna y supervisa entradas y salidas. El robot puede gobernar entradas/salidas digitales, entradas/salidas analógicas, etc...

Las salidas digitales son muy utilizadas para mandar órdenes a diferentes actuadores, comunicación con otros controladores y activación de pinzas, herramientas, etc..

Las entradas digitales indican el estado de los captadores (sensores, pulsadores, ...), así dependiendo del estado de cada uno de ellos se podrán llevar a cabo los trabajos deseados.

Tomando como ejemplo las instrucciones de entradas/salidas del lenguaje Rapid de los robot ABB estas instrucciones serían las siguientes:

• Instrucciones para salidas digitales

Instrucción para la activación de una salida digital. Por ejemplo, para abrir la pinza que lleva el robot.

SET DOpinza ;

-SET: instrucción para activar una salida digital.

-DOpinza: la salida que sera activada.

Instrucción para la desactivacion de una salida digital. Por ejemplo, para cerrar la pinza que lleva el robot.

RESET DOpinza;

-RESET: instrucción para la desactivar una salida digital.

-DOpinza: la salida digital que sera desactivada.

• Instrucciones para entradas digitales.

Instrucción para la espera de una señal. Por ejemplo la espera de que un sensor nos diga que hay una pieza para coger.

WAITDI DIsensor,1;

-WAITDI: instrucción de espera de una señal.

-DIsensor: entrada digital a la que esperar.

-1: el valor que se espera recibir de la entrada digital. Puede ser 1 o 0 ;

Sirve para esperar hasta que se active una señal de entrada digital. Se utiliza mucho para iniciar algún proceso de trabajo mediante una señal de otra máquina o un pulsador actuado usuario y comprobar que la herramienta se ha cerrado. El robot no realizara nada mas hasta que reciba la señal indicada.

Estas instrucciones se utilizan para administrar el flujo del programa. Unas veces interesa que ciertos fragmentos de programa se repitan, se ejecuten en determinados momentos o sean cíclicos continuamente. Por eso, es muy habitual utilizar estas instrucciones que controlen el itinerario o recorrido del puntero del programa dentro del código de programa.

Tomando como ejemplo las instrucciones de entradas/salidas del lenguaje Rapid de los robot ABB estas instrucciones serían las siguientes:

• Instrucción de espera de tiempo

Con esta instrucción el robot esperara un tiempo determinado sin realizar ninguna operación. Por ejemplo para darle tiempo a la pinza que cierre.

WaitTime , 2;

-WaitTime: instrucción de espera.

-2: el tiempo en segundos que debe esperar para continuar la ejecución de la siguiente instrucción;

• Instrucción de repetición

WHILE se utiliza cuando una serie de instrucciones deben ser repetidas mientras una condición específica se vaya cumpliendo.

WHILE [condición] DO
[instrucciones]
ENDWHILE

Mientras la condición se cumpla , el robot realizara todas instrucciones que hay entre el WHILE y el ENDWHILE una y otra vez. Una vez que no se cumple la condición proseguirá con las instrucciones que van después del ENDWHILE .

• Instrucción de condición

IF es una instrucción que sirve para optar básicamente entre diferentes opciones que se presentan en la ejecución del programa. Esta decisión entre las opciones que se presentan en el programa se efectúa mediante condiciones, por eso a esta instrucción se le denomina como instrucción condicional.

IF [condición] THEN
[instrucciones]
ENDIF

En caso de que la condición se cumpla el robot realizara las instrucciones que hay entre el IF y el ENDIF y proseguirá con las instrucciones que van después del ENDIF . En caso de que no se cumpla la condición puesta el robot saltara a las instrucciones posteriores al ENDIF sin realizar las que están entre el IF y el ENDIF.

Al igual que en los autómatas, cada fabricantes tiene su forma de programación y su software.  Pero al ser la mayoría de las programaciones de robots un lenguaje escrito suele haber la posibilidad de realizar el programa en un editor de texto, siempre respetando la forma de programación (puntos, comas, etc.).

También se puede programar en el propio panel del robot y aunque algunas veces se hace más pesado programar así suele ser interesante, ya que al programar así se evitan los problemas de la estructura de programación o la forma de programación (puntos, comas, etc.).  Si la CPU detecta algún fallo de programación de este tipo, por ejemplo, que no se ha puesto una coma entre dos datos de una función, daría error al ejecutarlo.  Este caso no se daría al programar desde el panel flexible del robot.

Al programar en el panel del robot no hace falta enviarlo como se hacía con los autómatas, con lo que ya estaría preparado para ejecutar el programa y primero simularlo antes de ponerlo en el ciclo continuo. 

Muchos programas que se realizan en autómatas (programas de ciclo secuencial) son susceptibles de mejorarlos en cuanto al tiempo necesario de ejecución. Lo mismo ocurre con los programas de los robots.

Una vez que se realizan los programas y se comprueba que funcionan perfectamente el siguiente paso, si es necesario, suele ser la optimización de los movimientos y ciclos de la productividad.

Hay veces, que nuestro robot o nuestra automatización secuencial controlado por un PLC tenga que realizar el ciclo de trabajo en un tiempo determinado, pero que el programa no consiga realizarlo en dicho tiempo. En ese caso se intenta ajustar el programa, ¿cómo?.

Si se ciñe solamente a la manera en la que se ha programado, cambiando dicho programa, ya que hay veces que nuestro sistema no tiene ninguna necesidad de esperar a realizar un movimiento y que termine un movimiento para que comience con el siguiente.

Supón que se tiene la automatización vista en el video del punto 4.1 (Definición y funciones de Manipuladores). En ese caso se puede observar cómo el brazo manipulador se queda esperando en la posición de dejada hasta que llega la pieza. Si se quisiera mejorar la secuencia en cuanto a tiempos de ciclo, una de las opciones sería hacerle esperar justo en la posición de cogida de pieza, para que cuando detectase la pieza, bajara a recogerlo. Habría que modificar el programa de PLC para que ese movimiento se realizara nada más dejar la pieza en la cinta de salida, sin tener que esperar a que tuviese una pieza.