Caso de estudio · Línea de fabricación · Ardbox PLC
Tres controles contra las piezas malas. Un solo Ardbox PLC.
Sin pieza en su sitio no se taladra, prueba de LED y control del QR.
Una pequeña fábrica hace componentes con indicadores para coches. Algunas piezas salían de la línea con los agujeros mal situados o con un QR que nadie podía leer.
La respuesta no fue una máquina nueva. Fueron tres controles alrededor de la que ya había.
Este caso se basa en un proyecto publicado por Industrial Shields en 2019. No cita la empresa. Los problemas, los controles y el hardware son los del caso. Los valores de los paneles son ejemplos.
El reto
Menos piezas no conformes, con pocos cambios en la línea.
La empresa necesitaba mejorar tres procesos de verificación para reducir las piezas no conformes. Es una empresa pequeña, así que pidió una solución sencilla alrededor de las máquinas que ya tenía.
Agujeros en mal sitio
El soporte que sujeta la pieza de plástico se fabricó con un error de medida. La pieza no encaja del todo y el taladro puede hacer los agujeros en una posición incorrecta.
Tiras LED que deben funcionar
Las tiras LED que se montan en las piezas nunca habían dado problemas importantes. Aun así, la empresa quiere verificarlas, aunque cambie de proveedor de LED.
QR que nadie puede leer
La etiqueta QR sirve para la trazabilidad. Por el ambiente de la fábrica a veces se imprime mal, y el 7 % de los códigos no se leía bien.
Aprovechar lo que hay
Siempre que se puede, la solución aprovecha lo que ya tiene la fábrica: el PLC funciona con una fuente de 12 V / 2 A de un prototipo antiguo.
Controlar y dejar decidir al operario
Cada control da al operario una señal clara: el taladro solo funciona con la pieza en su sitio, la tira LED se enciende cuando se pide y una luz confirma el QR antes de terminar la pieza.
Cómo funciona
Tres controles: la pieza en su sitio, los LED y el código QR.
Cada panel muestra un control. Pulsa los botones. Los paneles son simulaciones ilustrativas: las funciones y el cableado son los del caso, pero los tiempos, los recuentos y la referencia son ejemplos, no datos de la fábrica.
Sin pieza en posición, el taladro no tiene corriente.
Un pequeño pulsador en el soporte solo se aprieta cuando la pieza de plástico está bien asentada. El PLC lo lee y mantiene cortada con un relé la alimentación de 230 V del taladro hasta entonces. Una pieza mal colocada no se puede taladrar. Coloca la pieza e intenta arrancar el taladro.
- Un pulsador en el soporte, en una entrada digital
- Un relé del PLC en la alimentación de 230 V del taladro
- Agujeros solo con la pieza bien colocada
Puesto de taladrado (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de la fábrica. El caso pone en el soporte un pequeño pulsador que solo se activa con la pieza bien colocada, y el programa corta la corriente del taladro si no detecta la pieza o está mal puesta. En este ejemplo un relé del PLC gobierna la alimentación del taladro; para el motor de un taladro, lo habitual es que el relé mande un contactor.
Practica un puesto con enclavamiento paso a paso en el simulador de puesto de montaje
Pulsa un botón y mira todos los LED.
El operario pulsa un botón. El PLC cierra un relé que conecta la tira LED a la fuente de 12 V y la tira se enciende. El operario ve enseguida si algún LED no funciona. Elige una tira y pulsa el botón de prueba.
- Pulsador en una entrada digital
- Tira LED alimentada por un relé desde la misma fuente de 12 V
- El operario revisa la tira, sea cual sea el proveedor
Prueba de la tira LED (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de la fábrica. El caso conecta la tira LED a la misma fuente de 12 V que el PLC a través de un relé. Cuando el operario pulsa un botón, el relé cierra y la tira se enciende, así el operario ve que todos los LED funcionan. En este ejemplo la prueba dura 3 s y cada tira tiene 8 LED.
Una luz dice que el QR se puede leer.
Al final del proceso, un lector QR por RS-232 lee la etiqueta. Si el PLC recibe la referencia correcta, enciende un LED. Si no, el operario revisa la etiqueta antes de terminar la pieza. Prueba con una etiqueta limpia, una mal impresa y una referencia equivocada.
- Lector QR en el puerto RS-232 del PLC
- El PLC compara el código con la referencia
- Un LED avisa al operario de que el QR es correcto
Control del QR al final del proceso (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de la fábrica. El caso usa un lector QR por RS-232. El PLC lee el código y, si recibe una referencia correcta, enciende un LED para indicar que el QR se ha leído bien. El operario lo comprueba antes de terminar el proceso. En este ejemplo la referencia es IND-4521 y el lector desiste a los 2 s.
Haz un test de pasa o no pasa con muchas piezas en el simulador de test de final de línea
Arquitectura del sistema
¿Cómo se añaden tres controles a una línea con un PLC pequeño?
Todo va a un PLC Ardbox Relay. El pulsador del soporte, el botón de prueba de los LED y el lector QR son sus entradas. Sus relés gobiernan la alimentación de 230 V del taladro, la tira LED y la luz de QR correcto. Una fuente de 12 V / 2 A que la empresa tenía de un prototipo antiguo alimenta el PLC y la tira LED. Quedan entradas y salidas libres para más procesos.
| Señal | Entre | Tipo | Para qué |
|---|---|---|---|
| Pieza en su sitio | EntrePulsador del soporte → PLC | TipoEntrada digital | Para quéSolo se activa con la pieza bien colocada |
| Alimentación del taladro | EntrePLC → alimentación de 230 V del taladro | TipoSalida de relé (a un contactor, lo habitual) | Para quéSin pieza en posición, el taladro no tiene corriente |
| Prueba de LED | EntrePulsador → PLC | TipoEntrada digital | Para quéEl operario pide la prueba de los LED |
| Tira LED | EntrePLC → tira LED, desde la fuente de 12 V | TipoSalida de relé | Para quéLa tira se enciende para que el operario la revise |
| Código QR | EntreLector QR → PLC | TipoRS-232 | Para quéEl código de la etiqueta, leído al final del proceso |
| QR correcto | EntrePLC → LED indicador | TipoSalida de relé o digital | Para quéSe enciende si la referencia es correcta |
| Alimentación | EntreFuente de 12 V / 2 A → PLC y tira LED | Tipo12 Vcc | Para quéUna fuente que la empresa ya tenía, sin comprar otra |
Por qué funciona
Controles pequeños donde nacen los defectos.
En el origen del error
El soporte tenía un error de medida. En lugar de hacer un soporte nuevo, el taladro simplemente no arranca hasta que la pieza está bien puesta.
Las personas deciden
El operario ve la tira LED y la luz del QR, y decide antes de terminar la pieza. El PLC le da una señal clara.
Sin depender del proveedor
La prueba de LED sirve para cualquier tira, así que la empresa puede cambiar de proveedor de LED y seguir revisando cada pieza.
Aprovechar lo que hay
El PLC funciona con una fuente de 12 V / 2 A que la empresa tenía de un prototipo antiguo. Sin gastar en una fuente nueva.
Un solo controlador compacto
Los tres controles funcionan con un PLC Ardbox Relay de 45 mm de ancho en el carril DIN, junto a las máquinas que gobierna.
Margen para crecer
Al PLC aún le quedan entradas y salidas libres, así que se pueden añadir más controles o procesos con el mismo equipo.
Hardware
Un PLC basado en Arduino con relés, en 45 mm de carril DIN.
El del casoARDBOX Relay ARDUINO based PLC
Un PLC compacto basado en Arduino con 8 relés y puertos serie. El caso usó el ARDBOX PLC 20 I/Os RELAY HF; hoy es el Ardbox Relay HF+.
- Función en este caso
- Lee el pulsador del soporte, el botón de prueba y el lector QR; gobierna la alimentación del taladro, la tira LED y la luz de QR correcto
- Entradas
- 10: 6 analógicas/digitales (0-10 V, 10 bits) y 4 digitales optoaisladas (5 a 24 Vcc), 1 con interrupción
- Salidas
- 10: 8 relés (230 Vca 4 A / 24 Vcc 2 A, resistivas) y 2 analógicas/digitales (0-10 V)
- Comunicación
- RS-232 y RS-485, I2C, SPI, USB para programar
- Controlador
- Arduino Leonardo, ATmega32U4, 16 MHz
- Programación
- Arduino IDE con las placas de Industrial Shields
- Alimentación
- 12 a 24 Vcc, 30 W máx.
- Tamaño y montaje
- 100 x 45 x 115 mm, carril DIN, 0 a 60 °C
Los relés están dimensionados para cargas resistivas. Un motor de taladro tiene una corriente de arranque alta, así que lo habitual es gobernarlo con un contactor. Todas las especificaciones están en la ficha técnica de la familia Ardbox HF+.
Preguntas sobre este caso
¿Cómo puede un PLC parar un taladro si la pieza está mal colocada?
En este caso, un pequeño pulsador en el soporte solo se aprieta con la pieza bien colocada. El PLC lo lee y mantiene abierto un relé en la alimentación de 230 V del taladro hasta entonces, así el taladro no tiene corriente. Para un motor, lo habitual es que el relé mande un contactor. Este enclavamiento evita agujeros malos; si además tiene que proteger al operario, se debe diseñar como función de seguridad (ISO 13849-1), con un relé o un PLC de seguridad.
¿Por qué probar la tira LED con un botón en lugar de medirla?
Porque el operario lo ve al momento. El PLC cierra un relé y la tira se enciende desde la fuente de 12 V; un LED apagado se nota enseguida. Si necesitas un registro de cada prueba, el PLC también puede medir la corriente de la tira en una entrada analógica y guardar el resultado.
¿Cómo se comunica un lector QR con un Ardbox PLC?
Por RS-232, como en el caso. El lector envía el texto decodificado cuando lee un código y el programa lo compara con la referencia esperada. El Ardbox tiene RS-232 y RS-485; comprueba cómo está configurado el puerto serie de tu modelo antes de cablear el lector.
¿Qué pasa si un código QR no se puede leer?
La luz de QR correcto no se enciende, así que el operario revisa la etiqueta antes de terminar la pieza. En el caso, el 7 % de los códigos no se leía bien, porque el ambiente de la fábrica a veces estropea la impresión. Un siguiente paso habitual es contar las lecturas fallidas para saber cuándo hay que revisar la impresora.
¿Basta un Ardbox para los tres controles?
Sí. Los tres controles usan tres entradas o puertos y tres relés, y el caso dice que aún quedan entradas y salidas libres para más procesos. Para líneas más grandes, el caso de test de final de línea muestra un puesto de pruebas mayor con un M-Duino.
¿Qué fuente de alimentación necesita el Ardbox?
De 12 a 24 Vcc. En el caso, el PLC funciona con una fuente de 12 V / 2 A que la empresa tenía de un prototipo antiguo, y la misma fuente alimenta la tira LED a través de un relé. La familia Ardbox consume entre 700 mA y 1,5 A, así que suma la corriente de la tira LED al dimensionar la fuente.
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