Introduccion a Mecatronica NATIONAL INSTRUMS
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National Instruments Confidential
Introduccin a Mecatrnica
La Evolucin de las Mquinas
Sistema Mecnico Engranes e interruptores de lmites
Sistema Electromecnico Controles electrnicos, controladores de motores3
Diversos Requerimientos de Construccin para Mquinas ModernasBase de Datos HMI Acondicionamiento de Seal y Sensores
Mquina Moderna
Diseo Mecnico
Redes Lgica Discreta y Secuencial
Diseo de Sistemas Embebidos Motores y Actuadores Monitoreo de Condicin de Mquina Visin Artificial Diseo de Control de Movimiento
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Tendencia para Reducir Tiempo de DesarrolloDiseo Secuencial Primer Prototipo Fsico Herramientas de Diseo Separadas Diseo Concurrente Primer Prototipo Virtual Herramientas de Diseo Integradas
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Enfoque Tradicional al Diseo Electromecnico de Mquinas
Comunicacin deficiente entre grupos de diseo Largo tiempo de desarrollo con alto riesgo Diseo poco optimizado
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Mecatrnica La mecatrnica es un acercamiento al diseo de mquinas que combina mecnica, electrnica, control y software embebido
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Enfoque de la Mecatrnica al Diseo Electromecnico de la Mquina
Ciclos de desarrollo cortos y de bajo costo Mejora calidad, confiabilidad y desempeo8
1. Integracin de Herramientas de DiseoDiseo Mecnico Diseo Electrnico Prototipo Visual Diseo de (Simulacin) Control Diseo Embebido
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Nivel de Integracin de Herramientas de Diseo Mejor Una herramienta de diseo para toda las disciplinas Manual Pasar datos manualmente entre las herramientas Bsico Datos trasferidos en archivos de formato estndarPerfil de movimiento de CSV a CAD
Avanzado Automatizacin completa de las herramientasNI LabVIEW automatizando SolidWorks por medio de ActiveX
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Conectividad Abierta a Herramientas de DiseoMatemticasNI LabVIEW Math The MathWorks, Inc. MATLAB Maplesoft Maple MathSoft Mathcad
Diseo ElectrnicoNI LabVIEW (Motor Sizing) NI Multisim
Diseo ControlNI LabVIEW Control Design The MathWorks, Inc. Simulink Dynasim Dymola Plexim PLECS
ORCAD PSpice Ansoft Designer
Software EmbebidoNI LabVIEW Real-Time/Embedded Wind River Workbench Analog Devices VisualDSP++ Freescale Code Warrior Xilinx System Generator
Virtual Prototyping Platform
Diseo MecnicoSolidWorks SolidWorks PTC Pro/Engineer MSC Nastran and Adams Autodesk AutoCAD
MATLAB and Simulink are registered trademarks of The MathWorks, Inc.
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LabVIEW: Plataforma para Prototipos Virtuales Herramientas grficas intuitivas para los expertos en su rea Construccin de diseo de control y simulacin Integracin de herramientas de diseo Arquitectura abierta y flexible Habilidad de ejecutarse en mltiples plataformas de hardware industrial
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Prototipo Virtual de MquinasRequerimientos De Diseo
Diseo Conceptual ClientePrototipo Virtual de Mquina (Simulacin)
Equipo
Mecnico: Visualizacin de diseo Elctrico: Tamao del motor Control: Verificar la lgica del control Software Embebido: Implementacin sencilla
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Retos en el Diseo MecnicoEl Reto: Comprender los requerimientos Solucin: Simulacin electromecnica Utilizar lgica de control para visualizar a la mquina trabajando
Beneficios:Comunicacin mejorada con el cliente Aumentando la confianza: enseando pruebas de concepto Ventajas competitivas en el proceso de licitacin
Mejoras en la comunicacin del equipo de diseo Redefiniendo especificaciones de diseo Evaluar el diseo de la arquitectura a alto nivel14
Pasos de Simulacin Electromecnica1. 2. 3. 4. Determinar la lgica de la mquina Generar el perfil de datos con software de prototipos virtuales Enviar a herramienta de diseo en 3D Use una herramienta CAD para animar la funcionalidad de la mquina
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Herramientas de Software SolidWorks ProfesionalCOSMOSMotion
LabVIEW ProfessionalVIs de interfaz gratuitos por ActiveX para SolidWorks/LabVIEW NI Motion Assistant
Funciones de Interfaz SolidWorks LabVIEW16
Demostracin: LabVIEW Automatiza la Visualizacin del Diseo2. Control 1. Diseo Mecnico
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Diseo ElectrnicoDiseo Mecnico Diseo Electrnico Prototipo Diseo de Control Diseo EmbebidoVirtual (Simulacin)
Especificacin del Sistema
Prototipo Fsico Diseo de Sistema de Pruebas para ManufacturaManufactura
Soporte y Servicio
Ingeniera de Soporte
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Retos del Diseo ElctricoReto: Especificacin del tamao del motor Solucin:(AC/DC) Tipo Dimensionar el motor de forma virtual contra requerimientos de Torque velocidad Beneficios: Aplicar los principios de dimensin del motor Disipacin de calor de forma interactiva Prueba virtual en varios motores
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Dimensin Virtual del Motor DC1. Adquirir las especificaciones del motor de la hoja de datos 2. Simular la respuesta del motor a la velocidad y el perfil de torque del CAD
i DO5+ -
R
LvL = L di dt
+
v R = iR
Vsup id
vm-
+ -
ve = K e
d dt
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Diseo de ControlDiseo Mecnico Diseo Electrnico Prototipo Diseo de Control Diseo EmbebidoVirtual (Simulacin)
Especificacin del Sistema
Prototipo Fsico Diseo de Sistema de Pruebas para ManufacturaManufactura
Soporte y Servicio
Ingeniera de Sustento
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Retos en el Diseo de ControlRetos:Desarrollo de software en un componente crtico Necesita prototipo fsico para la prueba del algoritmo de control Solucin: Desarrollar y probar el algoritmo de control en un modelo virtual Beneficios:
Comenzar de inmediato con el desarrollo del control Redefinir la estrategia de control antes de hacer prototipos fsicos Detectar interferencias y resonancias22
Integrando Control y Diseo MecnicoSoftware de ControlComando Retroalimentacin
Simulacin
1. Desarrollar la lgica de control de la mquina 2. Animar el modelo e identificar problemas potenciales
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Demostracin: Deteccin de Interferencia1. Perfil de Movimiento 2. Deteccin de Interferencia
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Retos en el Diseo de ControlReto: Encontrar una alternativa para un PID convencional,el cual no est sintonizado para todos los estados de la mquina
Solucin: Utilizar un PID avanzado u otro algoritmo de control Beneficios:
Lograr un control ms preciso Seleccionar PID, PID avanzado, control basado en modelo o control predictivo de modelo Reducir el desgaste y destrozo en partes de la mquina25
Diseo de Software EmbebidoDiseo Mecnico Diseo Electrnico Prototipo Diseo de Control Diseo EmbebidoVirtual (Simulacin)
Especificacin del Sistema
Prototipo Fsico Diseo de Sistema de Pruebas para ManufacturaManufactura
Soporte y Servicio
Ingeniera de Sustento
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Retos en el Diseo de Software EmbebidoReto: Implementar algoritmos embebidos Reescribir el cdigo para plataforma de hardware Solucin: Utilizar el software de diseo de control que Flexibilidad de implementar embebidoavanzados se ejecuta en hardware algoritmos Beneficios: Reducir el tiempo y costo de desarrollo Menos oportunidad para errores de traduccin
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Ingeniera de Algoritmos
Software de Diseo
Cdigo a Mano
Verificar Algoritmo
Hardware Prototipo
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Ingeniera de Algoritmos
Software de Diseo
Hardware Prototipo
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Retos de Prototipos e ImplementacinRetos: Elegir la plataforma de prototipos correcta Solucin: Utilizar hardwarecontrolador con FPGAs Velocidad y memoria del de PACs incluidos seales especiales E/S de Habilidad Beneficios: de implementar avanzadosalgoritmos de control
Confiabilidad en la ejecucin de algoritmos de control Integrar cualquier E/S incluyendo monitoreo de condicin de mquina y visin Proteger IP (propiedad intelectual)30
Hardware de Implementacin Computadora de escritorio Computadora industrial Controladores de automatizacin programables (PACs) Controladores lgicos programables (PLCs) Tarjetas personalizadas
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Controlador de Automatizacin Programable (PAC) Robusto y confiable como un PLC Capacidades de software de una PC E/S modulares y diversas
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Controlador de Automatizacin Programable Basado en FPGA SBC PLCSistema a la MedidaNI CompactRIO
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Caso de Estudio: Diseo de Quiosco para Fotografa Digital AplicacinTensin precisa de la filmina
RetosVibraciones de la cabeza cortadora Variaciones de velocidad del motor PID no funcionar
SolucinSimulacin Algoritmo de Control de Sexto orden
ResultadoImpresin de fotografas 10x veces mas rpido que la competencia
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Consideraciones Adicionales de Diseo: Control de Movimiento de Alto Desempeo Parte integral de todos los sistemas mecatrnicos Mejora la productividad de la mquina NI PACs para control de movimiento:PCI y CompactPCI/PXI Control de movimiento personalizado con FPGA Movimiento distribuido con CANopen35
Nuevo para NI Motion Dos modelos nuevos de drives de pasos1 eje DC alimentacin: 300 W 1 eje AC alimentacin: 525 W
Rango para 30 nuevos motores de pasosNEMA 17, 23 y 34 tamaos Torque de hasta 1710 oz-in
Software para capacidad de motores ni.com/motion/stepper
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Consideraciones Adicionales de Diseo: Visin Artificial Por qu utilizar visin artificial?Incrementa la taza de salida del producto Reduce el costo de inspeccin del producto Utiliza rayos-x, infrarrojos
AplicacionesManufactura Prueba de producto Empaquetado del producto Guas de robot
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Consideraciones Adicionales de Diseo: Monitoreo de Condicin de MquinaAdquisicin de DatosLoose Mounting Alignment
Anlisis de DatosGear Health
Diagnstico y ControlUnbalance
Motor Mechanical Resonances38
Conclusin Desarrollo concurrente en la mecatrnica:Reduce el riesgo y tiempo de desarrollo Requiere integracin de herramientas de diseo
NI ofrece una ruta fcil para implementar sistemas en mecatrnica
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