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3.0. OBJETIVOS


3.1 General.

Diseñar e implementar la solución de automatización para la estación de clasificación y distribución por color para la celda de la maquina HAS-200 ubicada en el laboratorio de industrial de la facultad tecnológica.


3.2 Específicos.

  • Obtener el modelo de bloques para la automatización del sistema de clasificación y distribución del producto por color para la maquina HAS200 ubicada en el laboratorio de industrial.

  • Implementar el modelo obtenido en los sistemas de detección de color, selección de materia prima y sistema de distribución.

  • Disminuir el tiempo del proceso de clasificación por color del producto reutilizado.



  1. ALCANCES Y DELIMITACIONES




    1. Alcances


El alcance de este proyecto permite automatizar el proceso de identificación de color de la granza de la maquina HAS-200, garantizando una mejora en los tiempos de separación de la granza y la disminución del error en cuanto a la identificación del color, ya que al separarlos manualmente se cometían varios errores.
Al igual la interfaz grafica del software diseñado, se genera como un valor agregado para ambientar este proceso de identificación y clasificación de la granza, permitiendo llevar un conteo del numero de granza clasificada por color y así tener un mayor control del producto recuperado.



    1. Delimitaciones



El proyecto de automatización del proceso de identificación de color de la granza multicolor, no recolecta la granza reciclada de cada una de las estaciones este sistema debe ser manual. Sin embargo, se garantiza un tiempo menor en este proceso con un margen de error mínimo.
Esta estación no se comunica con el PLC de la maquina HAS-200, por lo cual solo puede ser comandada por el software diseñado de forma manual. Según las indicaciones dadas en el manual de usuario.



  1. JUSTIFICACIÓN

En la maquina automatizada HAS200 ubicada en el laboratorio de industrial de la facultad tecnológica existe un inconveniente con la clasificación del producto reutilizado (granza multicolor) dependiendo del color.


Anteriormente, el producto que cae a un lado de la maquina, durante el proceso de empacado debe recolectarse manualmente y luego se debe clasificar en cada una de las tolvas dependiendo el color disminuyendo el tiempo de funcionamiento de la maquina HAS-200 entre recarga y recarga de materia prima.


Mediante el software se puede realizar una clasificación automática de la granza por color y con la interfaz grafica diseñada se puede visualizar de forma interactiva el conteo del producto seleccionado por color permitiendo un mejor manejo y control de la materia prima de la celda automatizada HAS-200.


Además, este proyecto permanecerá en el laboratorio para su uso interno, en la separación de la granza y también como equipo didáctico para que los estudiantes puedan realizar modificaciones o mejoras en el programa para lograr un mayor aprendizaje en el entorno universitario.
6.0. MARCO TEORICO


6.1. AUTOMATIZACION
“El termino autómata se ha venido aplicando desde tiempo muy antiguo a aquella clase de maquinas en las que una fuente de energía accionaba un mecanismo ingeniosamente combinado, permitiendo imitar los movimientos de los seres animados. El desarrollo de la electricidad y electrónica permitió la aparición de una nueva generación de autómatas, capaces de imitar realmente algunas funciones intelectuales, y no solo de reproducir determinados comportamientos. Los adelantos de microelectrónica propiciaron la aparición en el mercado norteamericano, en 1977, de un jugador de ajedrez capaz de desarrollar un juego de nivel muy aceptable por un precio relativamente módico.
Resultaría pues factible en la actualidad construir un autentico jugador de ajedrez androide. La industria utiliza autómatas, denominados robots, capaces de llevar a cabo manipulaciones así, como operaciones de montaje y de ensamblaje.”1
La automatización industrial consiste en utilizar sistemas computarizados para controlar maquinas y/o procesos industriales sustituyendo al operador humano. El alcance va más allá que la simple mecanización de los procesos ya que ésta provee a operadores humanos mecanismos para asistirlos en los esfuerzos físicos del trabajo, la automatización reduce ampliamente la necesidad sensorial y mental del humano. La automatización como una disciplina de la ingeniería es más amplia que un mero sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que incluye los sensores y transmisores de campo, los sistemas de control y supervisión, los sistema de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar y controlar las operaciones de plantas o procesos industriales. Las primeras máquinas simples sustituían una forma de esfuerzo en otra forma que fueran manejadas por el ser humano, tal como levantar un peso pesado con sistema de poleas o con una palanca.
Posteriormente las máquinas fueron capaces de sustituir formas naturales de energía renovable, tales como el viento, mareas, o un flujo de agua por energía humana. Los botes a vela sustituyeron a los botes de remos.

1 Introducción a los automatismos.
Todavía después, algunas formas de automatización fueron controlados por mecanismos de relojería o dispositivos similares utilizando algunas formas de fuentes de poder artificiales -algún resorte, un flujo canalizado de agua o vapor para producir acciones simples y repetitivas, tal como figuras en movimiento, creación de música, o juegos. Dichos dispositivos caracterizaban a figuras humanas, fueron conocidos como autómatas y datan posiblemente desde 300 AC.
“En 1801, la patente de un telar automático utilizando tarjetas perforadas fue dada a Joseph Marie Jacquard, quien revolucionó la industria del textil. La parte más visible de la automatización actual puede ser la robótica industrial. Algunas ventajas son repetitividad, control de calidad más estrecho, mayor eficiencia, integración con sistemas empresariales, incremento de productividad y reducción de trabajo. Algunas desventajas son requerimientos de un gran capital, decremento severo en la flexibilidad, y un incremento en la dependencia del mantenimiento y reparación. Por ejemplo, Japón ha tenido necesidad de retirar muchos de sus robots industriales cuando encontraron que eran incapaces de adaptarse a los cambios dramáticos de los requerimientos de producción y no eran capaces de justificar sus altos costos iníciales.

Para mediados del siglo XX, la automatización había existido por muchos años en una escala pequeña, utilizando mecanismos simples para automatizar tareas sencillas de manufactura. Sin embargo el concepto solamente llego a ser realmente práctico con la adición (y evolución) de las computadoras digitales, cuya flexibilidad permitió manejar cualquier clase de tarea. Las computadoras digitales con la combinación requerida de velocidad, poder de cómputo, precio y tamaño empezaron a aparecer en la década de 1960. Antes de ese tiempo, las computadoras industriales era exclusivamente computadoras analógicas y computadoras híbridas. Desde entonces las computadoras digitales tomaron el control de la mayoría de las tareas simples, repetitivas, tareas semi-especializadas y especializadas, con algunas excepciones notables en la producción e inspección de alimentos. Como un famoso dicho anónimo dice, "para muchas y muy cambiantes tareas, es difícil remplazar al ser humano, quienes son fácilmente vueltos a entrenar dentro de un amplio rango de tareas, más aún, son producidos a bajo costo por personal sin entrenamiento." 2

Existen muchos trabajos donde no existe riesgo inmediato de la automatización. Ningún dispositivo ha sido inventado que pueda competir contra el ojo humano para la precisión y certeza en muchas tareas; tampoco el oído humano. El más inútil de los seres humanos puede identificar y distinguir mayor cantidad de esencias que cualquier dispositivo automático.

2 Ingeniería de la automatización industrial. Edición Segunda. Editorial Ra – Ma. Ramón Piedrahita Moreno. 712 páginas. 2004.

Las habilidades para el patrón de reconocimiento humano, reconocimiento de lenguaje y producción de lenguaje se encuentran más allá de cualquier expectativa de los ingenieros de automatización. Computadoras especializadas, son utilizadas para leer entradas de campo a través de sensores y en base a su programa, generar salidas hacia el campo a través de actuadores. Esto conduce para controlar acciones precisas que permitan un control estrecho de cualquier proceso industrial. (Se temía que estos dispositivos fueran vulnerables al error del año 2000, con consecuencias catastróficas, ya que son tan comunes dentro del mundo de la industria).

Existen dos tipos distintos: DCS o Sistema de Control Distribuído, y PLC o Controlador Lógico Programable. El primero era antiguamente orientado a procesos de tipo análogos, mientras que el segundo se utilizaba en procesos de tipo discreto (ceros y unos).

Actualmente ambos equipos se parecen cada vez más, y cualquiera de los dos puede ser utilizado en todo tipo de procesos. Las interfaces Hombre-Máquina (HMI) o interfaces Hombre-Computadora (CHI), formalmente conocidas como interfaces Hombre-Máquina, son comúnmente empleadas para comunicarse con los PLCs y otras computadoras, para labores tales como introducir y monitorear temperaturas o presiones para controles automáticos o respuesta a mensajes de alarma. El personal de servicio que monitorea y controla estas interfaces son conocidos como ingenieros de estación.

Otra forma de automatización que involucra computadoras es la prueba de automatización, donde las computadoras controlan un equipo de prueba automático que es programado para simular seres humanos que prueban manualmente una aplicación. Esto es acompañado por lo general de herramientas automáticas para generar instrucciones especiales (escritas como programas de computadora) que direccionan al equipo automático en prueba en la dirección exacta para terminar las pruebas.

Un automatismo secuencial, es un sistema cuyo funcionamiento emplea una secuencia de fases claramente diferenciadas, según un conjunto de reglas preestablecidas. En el caso más sencillo, el final de cada fase detectado por un captador apropiado, da paso al inicio de la fase siguiente. Las condiciones de transición entre fases adoptan la forma de condiciones lógicas más o menos complejas provocando cambios de estado del sistema controlado. Los automatismos secuenciales pueden funcionar ya sea sobre la base de la lógica cableada, de forma específica mediante los denominados armarios de relés, que ha sido en el periodo histórico anterior más reciente de la implementación más usual de un gran número de instalaciones industriales, ya sea sobre la base lógica de un programa registrado mediante ordenadores, autómatas programables del sistema mediante ordenadores, autómatas programables o sistemas basados en microprocesadores.

El concepto de automatización lleva implícita la supresión total o parcial de la intervención humana en la ejecución de diversas tareas, industriales, agrícolas, domesticas, administrativas o científicas. Se aplica la automatización tanto a las tareas más sencillas, tales como la regulación de la temperatura de un horno o el mando secuencial de una máquina herramienta, como a las más complejas, tales como la dirección mediante ordenador de una unidad química o la gestión automatizada de un establecimiento bancario.

Los principales componentes de la automatización son los transductores y los captadores de información, los preaccionadores (relés, contadores, etc) y accionadores (motores, órganos de desplazamiento lineal, etc), así como los órganos de tratamiento de la información, en particular los ordenadores y en general los sistemas basados el microprocesador.

En los sistemas de control jerarquizado, un ordenador central determina las consignas generales comunicadas a controladores especializados que controlan los diversos elementos de la instalación. Semejante estructura descentralizada aprovecha plenamente las inmensas posibilidades brindadas por los microprocesadores. Incluso en el campo de las fabricaciones mecánicas, en el que la mayoría de automatismos son de tipo secuencial, el ordenador ha hecho su aparición bajo la forma de los controladores numéricos de maquina herramienta que permiten ordenar la elección, el cambio y el recorrido de las herramientas merced a un programa registrado en la memoria del ordenador

“La estructura de un sistema automatizado puede clasificarse en dos partes claramente diferenciadas: por un lado puede denominarse parte operativa, formada por un conjunto de dispositivos, maquinas o subprocesos, diseñados para la realización de determinadas funciones de fabricación; de forma especifica pueden tratarse de maquinas herramienta para la realización de operaciones de mecanizado mas o menos sofisticadas o bien de subprocesos dedicados a tareas tales como destilación, fundición, etc. Por otro lado tenemos la parte de control o de mando, que independientemente de su implementación tecnológica electrónica, neumática, hidráulica, etc., es el dispositivo encargado de realizar la coordinación de las distintas operaciones encaminadas a mantener a la parte operativa bajo control.

El sometimiento de la parte operativa se logra mediante el mantenimiento continuo de un intercambio de información entre la primera y la parte de control o mando. Dicho intercambio se establece a través de los captadores binarios, transductores analógicos y digitales, y los dispositivos de pre accionamiento. A partir de los dos primeros se recoge información de los valores de las magnitudes físicas a controlar, así como de sus cambios de estado, enviando dicha información a la parte de control para su tratamiento.

Tras el tratamiento de la información se envían acciones de mando a través de los preaccionadores. Los preaccionadores son dispositivos que permiten el control de grandes potencias mediantes las señales de pequeñas potencias que son emitidas por la parte de control.” 3

Proceso

(Accionadores)

Captadores

Dispositivo Lógico de control

Dialogo

Comunicaciones

PARTE OPERATIVA

PARTE DE CONTROL

Figura No.1. Modelo estructural de un sistema automatizado

6.2. IMÁGENES

La imagen es una señal bidimensional cuya intensidad en cualquier punto es una función de dos variables espaciales. Por ejemplo las fotografías, las imágenes de video fijas, las imágenes de radar y sonar y los rayos X del pecho y de la dentadura. Una secuencia de imágenes, como la que se ve en el televisor es, en esencia una señal tridimensional cuya intensidad de la imagen en cualquier punto es una función de tres variables: dos variables espaciales y el tiempo.
Los problemas fundamentales del procesamiento digital de señales son la representación y modelado de la señal de la imagen, el realce, la restauración, la reconstrucción a partir de proyecciones, análisis y codificación.
3 Introducción a los automatismos.

Cada elemento de una imagen específica representa cierta cantidad física; una caracterización del elemento se denomina representación de la imagen. Por ejemplo una fotografía representa las luminosidades de varios elementos, según lo capta la cámara. Una imagen infrarroja tomada por una satélite o un avión representa el perfil de temperatura de un área geográfica. Según el tipo de imagen y sus aplicaciones, suelen definirse varios tipos de modelos de imagen, los cuales se basan en la percepción y en características globales o locales. La naturaleza y desempeño de los algoritmos del procesamiento de imágenes dependen el modelo de imagen que se utilice.
Los algoritmos de realce de imagen se emplean para subrayar rasgos específicos de la imagen para mejorar su calidad en relación con la percepción visual o para ayudar en el análisis para extraerle características. Entre los algoritmos se incluyen métodos para realzar el contraste, detectar bordes, detectar color, definición, filtrado lineal y no lineal, acercamiento o alejamiento y eliminación de ruido.
Los algoritmos que se emplean para eliminar o reducir las degradaciones de una imagen, como lo borroso o la distorsión geométrica que provocan el sistema formador de imágenes y/0 sus alrededores, se conocen como restauradores de imagen. La reconstrucción de imágenes a partir de proyecciones involucra el desarrollo de una capa de imagen bidimensional de un objeto tridimensional a partir de varias proyecciones planas obtenidas desde varios ángulos. Al crear varias capas contiguas, se forma una imagen tridimensional que brinda una vista interior del objeto.
“Los métodos de análisis de imágenes se emplean para desarrollar una descripción y una clasificación cuantitativas de uno o más objetos deseados de una imagen- En el caso de procesamiento digital, una imagen necesita ser muestreada y cuantizada mediante el empleo de un convertidor analógico-digital. Una imagen digital de tamaño razonable en su forma original requiere una cantidad considerable de espacio de memoria para almacenamiento.

Por ejemplo, una imagen de 512X512 de tamaño que se muestrea con una resolución de 8 bits por muestra contienen más de 2 millones de bits. Los métodos de codificación de imágenes se usan para reducir el número total de bits en una imagen sin ninguna degradación en la calidad de la percepción visual, como en la codificación de voz; por ejemplo, en promedio, en promedio, menos de alrededor de 1 bit por muestra.” 4

4 Señales y procesamiento de señales.
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