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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