Industria 4.0 – Diseño, construcción, programación y puesta en marcha de un banco de prácticas en la Unidad Docente de Mecánica de Fluidos

Alonso Martín, Alberto (2017). Industria 4.0 – Diseño, construcción, programación y puesta en marcha de un banco de prácticas en la Unidad Docente de Mecánica de Fluidos. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM), Madrid.

Descripción

Título: Industria 4.0 – Diseño, construcción, programación y puesta en marcha de un banco de prácticas en la Unidad Docente de Mecánica de Fluidos
Autor/es:
  • Alonso Martín, Alberto
Director/es:
  • Muñoz Paniagua, Jorge
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Fecha: 2017
Materias:
Palabras Clave Informales: Automatización, PCS7, mecánica de fluidos, bancada de ensayos
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería Energética
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

Texto completo

[img]
Vista Previa
PDF (Document Portable Format) - Se necesita un visor de ficheros PDF, como GSview, Xpdf o Adobe Acrobat Reader
Descargar (3MB) | Vista Previa

Resumen

El término Industria 4.0 representa una nueva tendencia en el mundo industrial que consiste en monitorizar y muestrear todos los procesos que se llevan a cabo en una planta industrial. El objetivo de poder analizar toda esa información es optimizar los procesos productivos. Esta optimización no sólo hace referencia a la velocidad y calidad de producción, ya logradas, sino también a la velocidad y bajo coste de la adaptación del proceso a nuevos productos y productos personalizados. Esta tendencia está suponiendo la cuarta revolución industrial y todas las grandes firmas y países industrializados apuestan actualmente por ella. Esta apuesta no se limita solo a la informatización de las industrias de manera posterior a su concepción, sino a que dé comienzo en el propio diseño de la planta y del proceso. Al empezar la digitalización desde la gestación del proyecto, se puede simular toda la planta y el proceso antes de que existan, logrando una optimización completa. Es en el entorno de la Industria 4.0 donde nace este proyecto, un proyecto para ampliar el material de prácticas y de investigación del laboratorio de la Unidad Docente de Mecánica de Fluidos (UDMF). Para lograr sus objetivos, la UDMF, localizada en la ETS Ingenieros Industriales (ETSII) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), se puso en negociaciones con el departamento Digital Factory de Siemens España (Siemens), para poder llegar a un acuerdo. Dicho acuerdo se cerró con la realización de la maqueta de este proyecto en la que Siemens se ha responsabilizado de la instrumentación, el software y la formación necesaria para el alumno. La UDMF se ha encargado de las instalaciones y de los materiales y herramientas necesarios para la construcción, así como de la disposición del laboral técnico del laboratorio para ayudar activamente en la construcción. El alumno ha sido responsable de realizar todo el proyecto de ingeniería, la construcción de la maqueta, así como su configuración, programación y puesta en marcha. En resumen, el proyecto se centra en la construcción de un banco de prácticas que unifique tres de los ya existentes, aumente sus rangos de acción y se conciba dentro de las nuevas tendencias industriales, para poder mejorar la formación y motivación de los alumnos en la Mecánica de Fluidos. El proyecto se ha podido finalizar logrando los objetivos propuestos con una maqueta completamente funcional en la que poder realizar los ensayos. La solución adoptada para resolver las necesidades planteadas es una maqueta con un circuito hidráulico cerrado. Este circuito consta de tres secciones y un módulo de control responsable de la coordinación y control de todo el proceso hidráulico. El circuito bombea el fluido a través de la Sección de Impulsión, que se compone de un caudalímetro, dos bombas centrífugas semejantes controladas con unos variadores de frecuencia, un sistema de válvulas neumáticas que permiten configurar las bombas en serie, en paralelo o individualmente y una llave neumática que ayuda a regular el caudal. Con esta sección se tiene una primera medida del caudal para realizar comprobaciones y la posibilidad de regular el caudal que se inserta a la Sección de Calibración. El caudal se regula conjuntamente entre la velocidad de giro de los rodetes de las bombas y el grado de apertura de la llave neumática a la salida. La Sección de Calibración consta de seis ramales semejantes en los que se han colocado cinco caudalímetros diferentes y un juego de válvulas que por defecto hace circular el fluido por el ramal vacío, pero permite seleccionar el ramal que se desee. Cuenta con un igualador de presión a la entrada y otro a la salida para lograr un régimen de flujo homogéneo en todos los ramales y que las medidas de los caudalímetros no se vean afectadas por el ramal en el que se han posicionado. La sección de comprobación cuenta con dos válvulas neumáticas que permiten elegir si el fluido se envía al depósito inicial o si se desvía a un depósito auxiliar dotado con una célula de carga. En este depósito auxiliar se puede comprobar el caudal del circuito en función de la cantidad de fluido vertida y el tiempo empleado. Este depósito dispone a su vez de una última válvula que permite vaciar su contenido en el depósito inicial. Todos los caudalímetros, los variadores de frecuencia de las bombas y las válvulas están conectadas con el sistema de control, que constantemente recoge datos y comprueba que las configuraciones adoptadas por el usuario son seguras. De esta forma, el operario podrá realizar los experimentos que desee y tras esto exportar informes con los que realizar los cálculos y comprobaciones necesarios para su investigación o memoria de prácticas. El proceso de ingeniería dio comienzo con una serie de reuniones entre la UDMF y Siemens en las que se definieron los objetivos y las condiciones de aceptación del proyecto. Una vez conocidos los requisitos de los clientes, se realizó un proceso de análisis de las maquetas existentes para identificar los requisitos que debía reunir la solución planteada. Para ello se tuvo que realizar un proceso de repaso y autoformación de los conceptos relacionados con la mecánica de fluidos y la automatización aprendidos a lo largo del grado. Una vez conocidas las prestaciones esperadas, se procedió a analizar las tecnologías más adecuadas para el proyecto, eligiéndose las más adaptadas tanto a los principios de Industria 4.0 como a las necesidades de la UDMF. Se continuó con el diseño de los distintos módulos que compondrían la maqueta, tras lo cual se realizó el modelo tridimensional de la Figura B. Las solicitudes de compra se generaron de manera que los periodos de entrega coincidiesen con el periodo de exámenes de enero y no retrasasen la dedicación del alumno al proyecto. El periodo constructivo se ha realizado sin grandes sobresaltos sin embargo, por problemas con los pegamentos empleados, el sellado de la maqueta no se produjo correctamente y hubo que reconstruir la Sección de Calibración para eliminar las fugas existentes. Durante este periodo es cuando el alumno ha recibido la formación acordada por Siemens para poder realizar los siguientes pasos. Estos incluían el diseño del entorno para una correcta generación del proyecto PCS7, la configuración de todo el hardware existente dentro del sistema de control así como la jerarquía del mismo. Si no se configuran las vías de comunicación entre los elementos a nivel software es indiferente que existan físicamente, ya que los componentes no serán accesibles en la programación. La programación de las protecciones y limitaciones de la maqueta son las partes más delicadas del proceso de automatización ya que de establecerse mal los límites en el programa, se pueden llegar a crear situaciones en las que peligre la integridad de la maqueta y la seguridad de los operarios. Por este motivo se han establecido unos primeros límites teóricos muy conservadores y posteriormente, de forma experimental, se han ido probando valores. El programa implantado es la solución con los rangos de trabajo más amplios de manera conservadora, para evitar cualquier situación de peligro. Todo este proceso se ha podido llevar a cabo en el periodo de un año gracias a la planificación que se realizó al comienzo del proyecto. La EDP permitió estructurar todas las actividades necesarias y el diagrama de Gantt contextualizar las fechas previstas considerando los periodos de exámenes. La maqueta se ha logrado construir dentro del periodo estimado para la realización del proyecto, al igual que la configuración y la programación. De esta forma, se ha podido ampliar el material docente del que dispondrá el laboratorio de la UDMF para la impartición de las prácticas en el curso 2017/2018, tanto para la asignatura de grado Mecánica de Fluidos II, como para la asignatura del máster habilitante Máquinas Hidráulicas y Eólicas, todas ellas en un entorno de automatización industrial que permita mostrar la importancia de la Industria 4.0 en el futuro más próximo. Con estos resultados se puede extraer que tanto a nivel académico y profesional el proyecto ha resultado un éxito. En el ámbito profesional se han podido cumplir los objetivos acordados dentro del plazo y presupuesto estimados, con una buena calidad final de la maqueta a nivel constructivo y de funcionamiento. En el ámbito académico se ha podido aumentar el material de prácticas permitiendo una mejor formación de los futuros alumnos. A nivel personal el proyecto ha supuesto una oportunidad única para unificar todos los conocimientos adquiridos en el grado en ramas tan variadas como mecánica de fluidos, automatización, electrónica de microprocesadores y gestión de proyectos para poder sacar adelante un proyecto de ingeniería completo. Además de ayudar a unificar conocimientos, el proyecto ha permitido aumentarlos ya que ha sido necesario profundizar en algunas de las ramas mencionadas, así como en los programas empleados durante el proyecto, que a pesar de ser conocidos en su mayoría requerían de una habilidad de manejo que ha sido necesario adquirir. Estos programas son SIMATIC PCS7, SIMATIC WinCC y Solid Edge SE entre otros. Otro elemento que cabe destacar es la importancia de familiarizar al alumno con los catálogos de especificaciones de productos y la capacidad de selección de los productos más adecuados a las especificaciones del cliente. Finalmente cabe remarcar la experiencia laboral que ha supuesto para el alumno así como la capacidad para gestionar el proyecto que se ha desarrollado. Dado que el proyecto se puede dar por finalizado, se considera que ha sido un éxito y que ha favorecido el desarrollo de todos los protagonistas del mismo: universidad, empresa y alumno. Gracias a los buenos resultados, se ha planteado la posibilidad de dar continuidad al proyecto y algunas de las líneas futuras propuestas son: •Optimizar y ampliar la maqueta creada. Gracias a la modularidad de esta, se puede plantear cambiar alguno de los tramos para modificar las prestaciones de la maqueta y poder ensayar otras tecnologías o realizar nuevas prácticas. •Finalizar el proceso de Maqueta 4.0. Esta opción consistiría en emplear nuevos programas para poder crear un gemelo virtual de la maqueta de forma que se puedan realizar simulaciones con una alta precisión. A pesar de que para el uso de la maqueta no tiene una gran aplicación, sería una buena manera de acercar la Industria 4.0 al mundo universitario. •Crear un manual de generación de proyectos de automatización para plantas de proceso con los software de Siemens disponibles. El objetivo sería tener material de referencia para futuros proyectos. •Diseñar una serie de paneles que permitan a la maqueta mostrar sus principios de funcionamiento, las principales características que la diferencian de una maqueta de procesos estándar así como las características de la Industria 4.0.

Más información

ID de Registro: 48009
Identificador DC: http://oa.upm.es/48009/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:48009
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 06 Oct 2017 06:31
Ultima Modificación: 06 Oct 2017 06:31
  • Open Access
  • Open Access
  • Sherpa-Romeo
    Compruebe si la revista anglosajona en la que ha publicado un artículo permite también su publicación en abierto.
  • Dulcinea
    Compruebe si la revista española en la que ha publicado un artículo permite también su publicación en abierto.
  • Recolecta
  • e-ciencia
  • Observatorio I+D+i UPM
  • OpenCourseWare UPM