Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial

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  Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial MANUAL TEÓRICO-PRÁCTICO DEL MÓDULO DESARROLLO DE PROYECTOS DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL Carrera: Mantenimiento de Equipo de Cómputo y Control Digital
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Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial MANUAL TEÓRICO-PRÁCTICO DEL MÓDULO DESARROLLO DE PROYECTOS DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL Carrera: Mantenimiento de Equipo de Cómputo y Control Digital Derechos Reservados D.R. 2008, Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra por cualquier medio, sin autorización por escrito del Conalep. Primera Edición Calle 16 de Septiembre No. 147 Nte., Col. Lázaro Cárdenas, Metepec, Edo. De México, C.P Indice I. Mensaje al alumno 7 II. Cómo utilizar este manual 7 III. Propósito del módulo autocontenido específico 10 IV. Especificaciones de evaluación 10 V Mapa curricular del módulo específico 11 CAPÍTULO 1: CARACTERIZACIÓN DE PROYECTOS DE AUTOMATIZACIÓN 12 INDUSTRIAL. Mapa curricular de la unidad de aprendizaje Automatización Industrial 14 Definición. 14 Antecedentes. 14 Características principales Características del automatizador industrial. 16 Manejo de métodos de automatización. 17 Implementación de nueva tecnología. 17 Impartición de asesoría Herramientas para el desarrollo de proyectos de Automatización. 19 Diseño. 20 Manejo de proyectos. 27 Desarrollo Grado de automatización. 33 Aplicaciones en pequeña escala. 33 Aplicaciones a gran escala 33 Coordinación de operaciones. 33 Procesos totalmente continuos. 33 Procesos automáticos en cadena cerrada Estudios de viabilidad. 35 Tipos de estudios de viabilidad. 36 Beneficio neto 36 Condiciones de funcionalidad. 36 Formulación y evaluación del proyecto Tipología de proyectos. 42 Finalidad. 43 Objetivo. 44 Tipos Etapas de un proyecto. 44 Idea, 45 Preinversión. 45 Inversión. 46 Operación Proceso de estudio del proyecto. 47 Formulación. 47 Preparación Criterios de evaluación. 48 Valor actual neto (VAN). 49 Tasa interna de retorno (TIR). 50 Periodo de recuperación de la inversión. 51 Rentabilidad inmediata. 53 Prácticas y Listas de Cotejo 55 Resumen 65 Autoevaluación de conocimientos del capítulo 1 66 CAPÍTULO 2: IMPLEMENTACIÓN DE PROYECTOS DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL. 67 Mapa curricular de la unidad de aprendizaje Instrumentación Industrial. 69 Medición de Temperatura 70 Medición de Presión Sistemas de control de lazo abierto y lazo cerrado. 76 Controladores. 76 Estrategias de control Software SCADA. 77 Supervisión. 78 Control. 78 Adquisición de datos Automatización industrial electro neumática. 96 Acoplamiento de Sistemas. 98 Ventajas y desventajas Neumática y Electroneumática 100 Aplicaciones 110 Compresor Reconocimiento de componentes y simbología. 117 Actuadores 117 Válvulas 117 Elementos eléctricos 118 Sensores Sistema electroneumático. 122 Hardware neumático 122 Hardware eléctrico Elementos de entradas de señales eléctricas. 127 Finalidad. 127 Mando por contactos o electrónico. 128 Interruptores mecánicos de final de carrera 132 Sensores 132 Detectores de proximidad 133 Sensores de proximidad. 133 Detectores de proximidad ópticos Elementos de procesamiento de señales eléctricas (relevadores). 135 Reles temporizadores Sistemas de conversión electromagnéticos. 138 Generalidades 138 Mandos neumáticos (válvulas). 138 Funciones de las válvulas. 138 Tipos. 138 Electroválvulas 139 Actuadores (cilindros) Automatización con PLC. 145 Ventajas. 145 Desventajas Funciones del PLC. 149 Relevadores de entrada. 150 Relevadores internos de utilidad. 150 Contadores. 151 Timers. 151 Relevadores de salida Configuración del PLC 152 Funciones internas del PLC 153 Dispositivos de entrada de señal y programación secuencial Información General. 158 Hoja de especificaciones de cada componente. 158 Características de operación del proyecto. 159 Alcances y limitaciones Información complementaria. 159 Reporte general del proyecto. 159 Estudio de factibilidad. 160 Cuantificación y presupuestación. 160 Respaldos de información. 160 Prácticas y Listas de Cotejo 161 Resumen 201 Autoevaluación de conocimientos 202 Respuestas a la autoevaluación de conocimientos 202 Glosario de Términos E-CBNC 205 Glosario de Términos Técnicos 210 Referencias Documentales 213 I.Mensaje al alumno CONALEP TE DA LA BIENVENIDA AL MÓDULO ESPECÍFICO DESARROLLO DE PROYECTOS DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL! Este módulo ha sido diseñado bajo la Modalidad Educativa Basada en Normas de Competencia, con el fin de ofrecerte una alternativa efectiva para el desarrollo de habilidades que contribuyan a elevar tu potencial productivo, a la vez que satisfagan las demandas actuales del sector laboral. Esta modalidad requiere tu participación e involucramiento activo en ejercicios y prácticas con simuladores, vivencias y casos reales para propiciar un aprendizaje a través de experiencias. Durante este proceso deberás mostrar evidencias que permitirán evaluar tu aprendizaje y el desarrollo de la competencia laboral requerida. El conocimiento y la experiencia adquirida se verán reflejados a corto plazo en el mejoramiento de tu desempeño de trabajo, lo cual te permitirá llegar tan lejos como quieras en el ámbito profesional y laboral. II. Como utilizar este manual Las instrucciones generales que a continuación se te pide que realices, tienen la intención de conducirte a que vincules las competencias requeridas por el mundo de trabajo con tu formación de profesional técnico bachiller. Redacta cuales serían tus objetivos personales al estudiar este módulo específico. Analiza el Propósito del módulo específico que se indica al principio del manual y contesta la pregunta Me queda claro hacia dónde me dirijo y qué es lo que voy a aprender a hacer al estudiar el contenido del manual? si no lo tienes claro pídele al docente que te lo explique. Revisa el apartado especificaciones de evaluación, son parte de los requisitos que debes cumplir para aprobar el módulo. En él se indican las evidencias que debes mostrar durante el estudio del módulo específico para considerar que has alcanzado los resultados de aprendizaje de cada unidad. Es fundamental que antes de empezar a abordar los contenidos del manual tengas muy claros los conceptos que a continuación se mencionan: competencia laboral, unidad de competencia (básica, genérica específica), elementos de competencia, criterio de desempeño, campo de aplicación, evidencias de desempeño, evidencias de conocimiento, evidencias por producto, norma técnica de institución educativa, formación ocupacional, módulo ocupacional, unidad de aprendizaje, y resultado de aprendizaje. Si desconoces el significado de los componentes de la norma, te recomendamos que consultes el apartado 7 glosario de términos, que encontrarás al final del manual. Analiza el apartado «Normas Técnicas de competencia laboral Norma técnica de institución educativa». Revisa el Mapa curricular del módulo específico. Esta diseñado para mostrarte esquemáticamente las unidades y los resultados de aprendizaje que te permitirán llegar a desarrollar paulatinamente las competencias laborales que requiere la ocupación para la cual te estás formando. Realiza la lectura del contenido de cada capítulo y las actividades de aprendizaje que se te recomiendan. Recuerda que en la educación basada en normas de competencia laborales la responsabilidad del aprendizaje es tuya, ya que eres el que desarrolla y orienta sus conocimientos y habilidades hacia el logro de algunas competencias en particular. En el desarrollo del contenido de cada capítulo, encontrarás ayudas visuales como las siguientes, haz lo que ellas te sugieren efectuar. Si no haces no aprendes, no desarrollas habilidades, y te será difícil realizar los ejercicios de evidencias de conocimientos y los de desempeño. 8 Imágenes de Referencia Estudio individual Investigación documental Consulta con el docente Redacción de trabajo Comparación de resultados con otros compañeros Repetición del ejercicio Trabajo en equipo Sugerencias o notas Realización del ejercicio Resumen Observación Consideraciones sobre seguridad e higiene Investigación de campo Portafolios de evidencias 9 III. Propósito del Módulo Específico Al finalizar el módulo, el alumno desarrollará proyectos de automatización industrial, considerando las diferentes etapas que los conforman, para proponer la modernización de procesos o la implantación de nuevos mecanismos en las industrias. Al mismo tiempo, estas competencias laborales y profesionales se complementarán con la incorporación de las competencias básicas y competencias clave, que le permitan al alumno comprender los procesos productivos en los que esta involucrado para enriquecerlos, transformarlos, resolver problemas, ejercer la toma de decisiones y desempeñar en diferentes ambientes laborales, con una actitud creadora, critica, responsable y propositiva; así como, lograr un desarrollo pleno de su potencial en los ámbitos personales y profesionales y convivir de manera armónica con el medio ambiente y la sociedad. IV. Especificaciones de Evaluación Durante el desarrollo de las prácticas de ejercicio también se estará evaluando el desempeño. El docente mediante la observación directa y con auxilio de una lista de cotejo confrontará el cumplimiento de los requisitos en la ejecución de las actividades y el tiempo real en que se realizó. En éstas quedarán registradas las evidencias de desempeño. Las autoevaluaciones de conocimientos correspondientes a cada capítulo además de ser un medio para reafirmar los conocimientos sobre los contenidos tratados, son también una forma de evaluar y recopilar evidencias de conocimiento. Al término del módulo específico deberás presentar un Portafolios de Evidencias1, el cual estará integrado por las listas de cotejo correspondientes a las prácticas de ejercicio, las autoevaluaciones de conocimientos que se encuentran al final de cada capítulo del manual y muestras de los trabajos realizados durante el desarrollo del módulo integrador, con esto se facilitará la evaluación del aprendizaje para determinar que se ha obtenido la competencia laboral. Deberás asentar datos básicos, tales como: nombre del alumno, fecha de evaluación, nombre y firma del evaluador y plan de evaluación. 1El portafolios de evidencias es una compilación de documentos que le permiten al evaluador, valorar los conocimientos, las habilidades y las destrezas con que cuenta el alumno, y a éste le permite organizar la documentación que integra los registros y productos de sus competencias previas y otros materiales que demuestran su dominio en una función específica (CONALEP. Metodología para el diseño e instrumentación de la educación y capacitación basada en competencias, Pág. 180). 10 VI. Mapa Curricular del módulo autocontenido específico DESARROLLO DE PROYECTOS DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL 108 Hrs. 1. Caracterización de Proyectos de Automatización Industrial 32 Hrs. 2. Implementación de Proyectos de Automatización Industrial 76 Hrs. 1.1 Identificar la importancia de la automatización industrial, en los actuales procesos presentes en la industria, a partir del análisis de sus fundamentos. 2.1 Identificar las características de la instrumentación industrial y el control de procesos requeridos para el control de temperatura, caudal, nivel y presión dentro del proyecto. 6 Hrs. 12 Hrs. 1.2 Identificar ventajas y desventajas de la automatización industrial, mediante la determinación de sus alcances. 2.2 Identificar los principios de funcionamiento, diseño y mantenimiento de sistemas electroneumáticos, a emplear en el desarrollo del proyecto. 6 Hrs. 12 Hrs. 1.3 Evaluar el proceso para formular proyectos de automatización industrial a partir del estudio de las etapas que los conforman. 2.3 Seleccionar elementos electroneumáticos y eléctricos, a emplear en el desarrollo del proyecto, a partir de la identificación de sus características de operación. 10 Hrs. 26 Hrs. 1.4 Evaluar proyectos de automatización industrial a partir del análisis de la rentabilidad de la inversión. 10 Hrs. 2.4 Seleccionar controladores lógicos programables para implementar el proyecto de automatización industrial, a partir de la identificación de sus características de operación. 16 Hrs. 2.5 Realizar la documentación del proyecto de automatización industrial, a partir de la información de los componentes seleccionados para su implementación. 10 Hrs. 11 1 CARACTERIZACIÓN DE PROYECTOS DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL. Al finalizar el capítulo, el alumno describirá las características del proceso de desarrollo de proyectos de automatización industrial, considerando sus diferentes etapas, para determinar la factibilidad en su implementación 12 Mapa Curricular de la Unidad de Aprendizaje DESARROLLO DE PROYECTOS DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL 108 Hrs 1. Caracterización de Proyectos de Automatización Industrial 32 Hrs. 2. Implementación de Proyectos de Automatización Industrial 76 Hrs. 1.1 Identificar la importancia de la automatización industrial, en los actuales procesos presentes en la industria, a partir del análisis de sus fundamentos. 6 Hrs. 2.1 Identificar las características de la instrumentación industrial y el control de procesos requeridos para el control de temperatura, caudal, nivel y presión dentro del t 12 Hrs. 1.2 Identificar ventajas y desventajas de la automatización industrial, mediante la determinación de sus alcances. 6 Hrs. 2.2 Identificar los principios de funcionamiento, diseño y en el desarrollo del proyecto. 12 Hrs. 1.3 Evaluar el proceso para formular proyectos de automatización industrial a partir del estudio de las etapas que los conforman. 10 Hrs. 1.4 Evaluar proyectos de automatización industrial a partir del análisis de la rentabilidad de la inversión. 10 Hrs. 13 Sumario Automatización industrial Características del automatizador industrial. Métodos de automatización. Herramientas para el desarrollo de proyectos de automatización. Dibujo (cad). Diseño del proyecto (cadicae). Análisis de manufactura cam. Grado de automatización. Estudios de viabilidad. Tipología de proyectos. Etapas de un proyecto. Proceso de estudio del proyecto. Criterios de evaluación. RESULTADO DE APRENDIZAJE 1.1. Identificar la importancia de la automatización industrial, en los actuales procesos presentes en la industria, a partir del análisis de sus fundamentos Automatización Industrial Definición. Automatizar es convertir un proceso en acciones sucesivas con la mínima intervención del ser humano, mediante mecanismos y sistemas de control eléctrico-electrónicos. La gran mayoría de los procesos industriales en la actualidad, son procesos un tanto complejos que requieren de herramientas y maquinaria que se adapte a las necesidades del mismo. Varios de estos mecanismos trabajan mediante la acción de diversas máquinas o dispositivos operados por el hombre; sin embargo, si por cada proceso llevado a cabo en una instalación o en una planta se tuviera un operador o un supervisor, los costos de la misma serían extralimitados. Con el propósito de mejorar la calidad, reducir el tiempo y los costos de una cierta manufacturación, las empresas hoy en día cuentan con técnicas de automatización que permiten aumentar la eficiencia en las operaciones. El término automatizar, se entiende como la implementación de las funciones de una planta o fábrica a través de máquinas, robots y actuadores que disminuyan los tiempos de operación, reduzcan costos y laboren veinticuatro horas al día sin posibilidades de error. Actualmente, existen muchos dispositivos que realizan funciones encaminadas a cumplir con estos propósitos, incluso puede decirse que el proceso de automatización ha adquirido tanta importancia últimamente, que se dedican tópicos especializados a su estudio y análisis. Una de las características primordiales de la automatización es su flexibilidad para trabajar con diferentes ramas de la ingeniería como lo son, la electrónica, la eléctrica, la mecánica, el control y los sistemas de cómputo, como se puede ver, es una gran combinación de técnicas encaminadas a metas específicas. A toda esta sinergia de áreas se le conoce con el nombre de Mecatrónica. La Mecatrónica permite el estudio de las interacciones entre estas distintas ramas, pero se le puede definir como una ciencia práctica más que teórica, ya que para alcanzar un conocimiento satisfactorio en la materia, es necesario manipular cada uno de los diferentes dispositivos y demás herramientas, por lo que resulta de gran importancia contar con sesiones regulares de laboratorio y que éste cuente con el equipo adecuado. Los elementos físicos más comunes que permiten la implementación en cada una de estas áreas y que son conocidos como actuadores son: Cilindros neumáticos Cilindros hidráulicos Válvulas Sensores mecánicos Sensores eléctricos Programadores Controladores Lógicos Programables, etc. Antecedentes. El proceso de automatización electromecánica se inicia a principios del siglo XX. La nueva era de la automatización se basa en la fusión de la 14 electrónica con los antiguos mecanismos automáticos que funcionaban utilizando diferentes medios mecánicos neumáticos, etc. dando origen a los robot., a las máquinas herramientas computarizadas, a los sistemas flexibles de producción, etc. Los PLC s fueron introducidos por primera vez en Como ya se mencionó se trata de dispositivos encaminados a remplazar a todas aquellas máquinas de control que operaban en base a relevadores, ya que este tipo de maquinaria debido a su gran número de componentes significaban grandes costos y mucho espacio en las empresas. Además como ya se sabe, los relevadores son dispositivos mecánicos que tienen un tiempo de vida limitado, por lo que se requiere su estricta vigilancia a cada momento; debe operar bajo ciertos rangos de tiempo y su mantenimiento es costoso. Uno de los principales problemas que se presenta en un sistema que contiene muchos relevadores es por un lado el cableado y por otro cuando llega a haber fallas, es sumamente difícil detectar en qué parte del sistema se dio el problema. Por medio de los PLC s pueden implementarse las funciones de cientos o hasta miles de relevadores en un sólo módulo. Bedford Asociados propuso un dispositivo llamado Controlador Modular Digital (MODICON) y lo implementó en una fábrica de manufactura de autos en gran escala y después de comprobar los resultados, se fabricó comercialmente el primer PLC de la historia y fue llamado MODICON 084. Estos controladores presentan la ventaja de ser fácilmente programables y si después de un tiempo se realizan modificaciones al sistema a controlar, el programa también puede ser ajustado a estos nuevos cambios. Su tiempo de vida estimado es mayor que el de los relevadores y se ajustan perfectamente al proceso evolutivo de la industria. En la década de los 70 s la tecnología predominante en PLC s era la de máquinas de estado secuencial, como la AMD 2901 y AMD Posteriormente surgió la interacción entre PLC s y Microprocesadores con lo que los sistemas se volvieron más sofisticados y poderosos. La revolución en el ámbito de las comunicaciones se dio en 1973 aproximadamente con la aparición del sistema Modbus Modicon, en el cual el PLC ahora tenía comunicación con otros PLC s e incluso podían estar físicamente alejados del proceso o la maquinaria que iban a controlar. Una de las características más importantes de esta década fue que estos sistemas fueron integrados completamente al mundo real, es decir, al mundo analógico, pues los PLC s enviaban y recibían señales de voltaje variable o analógico. Desafortunadamente, esto trajo como consecuencia que cada PLC tuviera su propio lenguaje de programación por lo que el número de protocolos en comunicación era muy diverso y no podían implementarse sistemas con varios modelos de PLC y de ser así los protocolos de cada uno debían homogeneizarse. En orden de resolver esta problemática, en 1980 los protocolos de los PLC s se estandarizaron bajo el protocolo de manufactura y automatización de General Motors conocido por sus siglas como MAP. Así mismo, se cambió el modo de programación de estos controladores a computadoras personales en lugar de necesitar los programadores y terminales dedicadas
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