Aventuras en la automatización de velas japonesas

¿Has pensado alguna vez en hacer velas? No necesariamente haciéndolos ellos mismos, pero como ¿Se fabrican en un entorno industrial a pequeña escala? Hay algo muy preocupante para Michael Schuldt, ya que tenía como objetivo la tarea de automatizar la producción de velas manuales simples.

No es solo un tema interesante, sino que el tema de la automatización de la fabricación es algo que todos podemos aprender. Este fue el tema de su charla sobre Aventuras en la automatización de la fabricación en la reciente Súper Conferencia de La-Tecnologia, que encontrará debajo de la pausa. ¡Profundicemos y veamos de qué se trata!

¿Qué tan complejo puede ser un proceso simple?

El proceso de la vela fue bastante simple, se colocó un recipiente que contenía cera fundida sobre un transportador a lo largo del cual se enviaron los jarrones de velas, con la cera distribuida en los jarrones desde arriba. Periódicamente, era necesario rellenar el contenedor y un operador realizaba todas las tareas.

Planta de velas lista para automatización.

El primer prototipo de Michael automatizó la maquinaria con componentes neumáticos y atacó todo el proceso con programas, con un bucle MicroPython realizando todas las funciones posibles. El problema que encontró con ese enfoque fue sin duda uno con el que muchos ingenieros han luchado: se está volviendo un inconveniente rápidamente. La solución monolítica carecía de sus criterios esenciales: que fuera confiable, transitable, reparable y fácil de usar. Básicamente, la lección es más hardware, menos software.

Hubo algunas simplificaciones obvias, reemplazando el software excesivo asociado con tareas simples con hardware creado para ellas. Por ejemplo, en el proceso de la vela no es nada útil elegir un pase de tanque de cera en el software cuando un simple interruptor sería suficiente. Se dio cuenta de que estaba reproduciendo componentes comunes de la placa de control, como temporizadores o controladores PID, y su solución fue abandonar el gran programa y producir una serie de PCB de función única, que él llama ladrillos de control. Estas son unidades independientes con sus propias pantallas e interfaces que realizan una tarea en particular y están diseñadas para operar secuencialmente conectadas en una cadena, a través de la cual cada una pasa el control al siguiente. Piense en ello como un diagrama de bloques de un algoritmo implementado como módulos de hardware.

Diagrama de bloques en hardware

Así que creó una herramienta de uso general que aborda el problema de la automatización de procesos simples, por lo que vale la pena analizarla con más detalle. Cada ladrillo tiene un conjunto de interfaces comunes, una entrada y salida en cadena para conectar con otros ladrillos, una entrada de sensor cuando sea necesario y una salida activa que se puede usar para disparar un relé o similar. El procesador en cada bloque es ATmega328, elegido por conveniencia, ya que tenía un suministro de ellos en la mano.

Tres de los ladrillos de automatización de procesos, retardo, contador y funciones durante.

Hay muchos ladrillos posibles que podrían crearse para satisfacer todas las funciones posibles, pero hasta ahora solo ha creado la selección que necesitaba para la tarea de automatización de velas. Hay un bloque de retardo de proceso con un codificador rotatorio para establecer el tiempo, un bloque de "tiempo" que fija la salida mientras la condición del sensor es verdadera, un bloque de contador de proceso que aumenta su recuento cada vez que el proceso pasa a través de él, y un bloque de inicio y parada Brick que permite detener y reiniciar el proceso. Los bucles se pueden realizar simplemente conectando la salida de la cadena a su entrada, y el bloque de inicio y parada es normalmente el primero de la cadena. Tiene la intención de que los parámetros del proceso se ingresen manualmente cada vez que el sistema se esté ejecutando en lugar de ingresar en un programa, pero cree que para los procesos relativamente simples esto no debería ser un problema.

Un sistema de automatización de procesos modular de este tipo no es del todo nuevo; de hecho, se pueden encontrar ideas similares en los antecesores de relé de los controladores lógicos programables modernos. Pero tener un diseño fácilmente disponible tan conveniente para la experimentación es un desarrollo interesante para nuestra comunidad, y el descubrimiento de Michael debería brindar lecciones interesantes para todos los que tienen una tarea de automatización por delante, incluso si no adoptan su solución.

  • Alphatek dice:

    ¿Cuatro velas?

    • Ren dice:

      16 velas?

    • MK 2 dice:

      mangos de horquilla

      • hámster dice:

        Mangos para horquillas.

  • KSA dice:

    Reinventó muchas ruedas. Debería usar PLC. Es una plataforma antigua y robusta que todo ingeniero de automatización entiende y resuelve exactamente los problemas de los que estaba hablando. En cambio, recibió muchos códigos MicroPython complejos que solo él podría depurar. Si alguna vez deja ese proyecto, los dueños de esa fábrica de velas son SOL.
    / Kevin

    • Michael Schuldt (@mike_schuldt) dice:

      Esa es exactamente la razón por la que me alejé de la solución Micropython. El problema es que PLC no es más fácil de cuidar a los propietarios. Es solo otro tipo de complejidad.

      Este es el incentivo para desarrollar una solución que sea fácil de entender y mantener sin tener un ingeniero.

      • Creator_Wolf dice:

        Ingeniero automático aquí. Tengo que estar de acuerdo con el comentario de los padres. Los PLC son mucho más fáciles de programar que un microcontrolador o una computadora. Son programables con una cosa llamada "lógica de escalera", que es básicamente una versión virtual de los bloques de función creados. Está diseñado para que los no programadores puedan usarlo y, de hecho, básicamente todos los ingenieros con los que he trabajado pueden usarlo. Cambiar la lógica de los pasos es tan simple como conectar una computadora al PLC y ejecutar un programa, luego puede arrastrar y soltar temporizadores, relés, etc. Incluso puede ver todas las variables y señales en tiempo real mientras la máquina está en funcionamiento. .

        No me malinterpretes, lo que estás haciendo es realmente genial; pero la próxima vez cómprate un Micro820 y pruébalo. ¡Va a sorprenderte por completo! Hay que tener cuidado porque algunos PLC necesitan programas muy costosos para programarlos, pero muchos tienen un programa gratuito.

        • Michael Schuldt (@mike_schuldt) dice:

          ¡Gracias por tu comentario! Estoy de acuerdo en que los PLC son una opción correcta aquí, y están probados y son capaces. Sin embargo, personalmente no me gustan porque no creo en usar mis propias herramientas y programas cerrados, incluso si la solución tarda menos en llegar. No es un mundo del que quiero separarme.

          Incluso con la facilidad de la interfaz gráfica que describe, es más difícil que la solución que estoy tratando de crear. Mi objetivo es un sistema que se pueda construir y mantener sin software personalizado y los costos relacionados de aprendizaje y mantenimiento. Quiero algo intuitivo para ensamblar, depurar y arreglar para personas con capacidades de hardware mínimas y sin experiencia en software. Este sistema no se escala como los PLC, pero el problema es pequeño, por lo que no es necesario.

      • melo dice:

        Si un propietario no puede programar, aún podrá guardar una solución, pero ahora tampoco un autómata / técnico a menos que conozca su plataforma. ¿Cómo es la documentación ... existe?

        • Michael Schuldt (@mike_schuldt) dice:

          No pueden programar, pero no necesitan hacerlo porque no existe un software personalizado. Eso es todo. El hecho de que cada ladrillo se esté implementando actualmente con un microcontrolador es un detalle de implementación que no influye en cómo se usa para construir una solución. Aún no hay documentación pública.

      • Jaime dice:

        Es bastante cierto que el PLC es * un tipo diferente * de complejidad. La cuestión es que se trata de un tipo de complejidad enorme y bien entendido. Los PLC están diseñados desde el principio para brindar confiabilidad. Siempre que se utilicen en un sistema debidamente implementado, con un adecuado régimen de mantenimiento, deberán durar más de 10 años.
        La experiencia necesaria para diagnosticar y reparar fallas con un sistema PLC está ampliamente disponible en la industria de fabricación / automatización. Si un módulo falla, a menudo no es necesario sumergirse en el código para corregir el error. Puede ser un caso simple reemplazar un módulo fallido y volver a cargar el programa. Si se necesita experiencia adicional, se puede contratar si no está disponible en el sitio.
        Otra ventaja de utilizar un sistema de control PLC es que los módulos están diseñados para entornos de fabricación hostiles. Entienden muy bien los regímenes de fallas y, en algunas unidades superiores, incluso pueden autodiagnosticarse y generar una señal de alarma antes de que sea difícil fallar. Si se proyecta suficiente redundancia, es posible que esto ni siquiera presente un problema si se implementa un sistema que funciona mal.

        • Emach dice:

          ^ Esto. Ingeniero de controles reformados aquí. El hardware de control personalizado no suele ser nada para las empresas de fabricación. Puede encontrar comprobaciones de hardware obsoletas / restantes de la noche a la mañana en Ebay y en otros lugares. Puedo VM una máquina con Windows 98 en un momento para ejecutar un programa de software desactualizado. No puedo crear PCB personalizados de reemplazo sin un poco de tiempo adicional.

          • Michael Schuldt (@mike_schuldt) dice:

            Mirando esto después de unos años, todo podría ser un error, ya veremos. Mi sensación es que hay una mejor manera de resolver problemas simples de automatización que ingresar al mundo de los PLC. Este es un intento de encontrarlo.

  • Aleksclark dice:

    uhhhh ... así que tenía todo atado para ser controlado por software, pero no podía administrar el diseño del programa, ¿así que ahora tiene varios "ladrillos" patentados de los que ocuparse? ¿Y agrega lógica al encadenar estos dispositivos personalizados? Esto no cuenta ...

    • Aleksclark dice:

      editar: y además, encadenarlos, en una configuración industrial, con .1 ″ cabezas?

    • Michael Schuldt (@mike_schuldt) dice:

      Por supuesto que puedo gestionar el diseño del programa. Se trata de que otras personas se encarguen de ello.

      Los ladrillos no son propietarios. Todo el hardware y software son de código abierto.

      • melo dice:

        A menos que los propietarios de cadenas sean aficionados, "el hardware está abierto" sin una empresa que venda estos artículos significa "no más piezas" tan pronto como encuentre algo más interesante que hacer

        • Michael Schuldt (@mike_schuldt) dice:

          Espero que no sea una sorpresa que ya tenga cosas más interesantes que hacer. Es cierto que aquí tengo un deber y puedo ponerlos en mala posición si lo dejo

      • Ostraco dice:

        ¿De la esencia Controllino?

        https://www.controllino.biz/

  • rdbasta dice:

    ¿Alguien ha oído hablar de los PLC? Eso es lo que la mayoría de la gente usa para la automatización industrial.

    • Michael Schuldt (@mike_schuldt) dice:

      La gente que sigue lo que hace mucha gente es la razón por la que todavía tenemos cosas como PLC

      • fabricante-lobo dice:

        Realmente no. Automaticé máquinas industriales con software informático, Arduinos y PLC. Los PLC son increíbles y valen la pena para algunas aplicaciones.

      • Zerg dice:

        El trabajo y el trabajo de PLC es muy bueno para la automatización. El código lógico de una escalera es fácil de entender y modificar para cualquier electricista industrial. No se necesitó consultor de EE o de seis dígitos.

        Difícilmente * mierda "a menos que no tengas idea de cómo usarlos.

        • Ostraco dice:

          Parece que debería haber un informe, "cómo me traumatizaron los PLC".

        • Michael Schuldt (@mike_schuldt) dice:

          Mi problema con los PLC en general es que son sistemas propietarios y quiero tener la capacidad de comprender y modificar todas mis herramientas. Considero que construir soluciones sobre cimientos inmobiliarios es una irresponsabilidad.

          Soy un ingeniero de software que trabaja en un mundo que ha escapado en gran medida a la captura de productos patentados y de código cerrado. El uso de PLC parece ir hacia atrás, y no es algo que pueda justificar para un problema tan simple.

          Este enfoque puede no tener éxito y, en última instancia, podría utilizar PLC en su lugar. Veo este proyecto como un intento de encontrar una mejor manera de crear soluciones a problemas automatizados tan simples.

          • Skidd dice:

            La cuestión es que esta puede ser esa solución mágica que todos anhelan, pero ¿cuando se trata de problemas o declive? Podría ser una pesadilla. Todos los sistemas automatizados tienen un mal funcionamiento, aunque pueden ser pocos. El tiempo que le tomaría a alguien aprender la codificación necesaria para comprender y operar la máquina podría costarle a la empresa demasiado tiempo y dinero para invertir en una sola pieza de equipo para alimentarla.

            Los PLC, por otro lado, son una cantidad conocida. Son confiables, comprensibles y cumplen con los estándares de la industria. La gente aprende constantemente a usarlos, pueden ser económicos e integrarse en casi cualquier sistema automatizado. La codificación es bastante fácil de entender y los errores de software se pueden corregir rápidamente y configurar fácilmente los programas. Esto hace que sea más fácil administrar una empresa y se puede solucionar de forma rápida y económica si hay problemas que pueden permitir menos tiempo de inactividad y mayores ganancias.

            No estoy diciendo que no debas experimentar con nuevas tecnologías, ni mucho menos, ¡sigue innovando!
            Sin embargo, en producción, ¿cuándo el tiempo es dinero y cada momento de inactividad puede significar mucho dinero? Lo mejor es hacer que sus soluciones de automatización sean confiables, fáciles de resolver y que se solucionen rápidamente. La producción a pequeña escala no difiere de la gran escala a este respecto. cada minuto, hora o día que se cae una máquina cuesta dinero, y perderlo es inútil para el negocio.

      • Eco dice:

        "No puedo entenderlos, déjame usar algunas computadoras y llamar feos a los PLC, a pesar de que ejecutan el mundo automático"

        • melo dice:

          +1, "la solución estándar X es una mierda" sin un argumento no vale la pena escuchar

      • Miguel dice:

        y ruedas, tenedores, cuchillos, pantalones, etc. Veo por qué hizo lo que hizo y las decisiones que tomó de acuerdo con su proyecto, cree que esta es una solución más rentable y sencilla para su cliente. Dicho esto, creo que puede haber dejado que su prejuicio influyera en su decisión. Los PLC no son una mierda, son una solución robusta que abunda y se entiende bien, lo que significa que algo tiene que salir mal y usted no está disponible para resolver el problema, entonces su cliente tiene muchas opciones para resolver su problema y minimizar el tiempo de inactividad. ¿Cuál es el costo de tiempo de un candelabro?

        Es posible que pueda perder un cliente si hay algún problema con su solución y el cliente se da cuenta de que efectivamente lo ha encerrado para que lo use como proveedor de soluciones. Todas las demás personas a las que llamen para resolver el problema analizarán sus problemas de código abierto, decidirán que es demasiado tiempo para analizarlos hasta el final de una solución y simplemente lanzarán un PLC. Básicamente, el problema es que sin una adopción masiva y una prueba de que el hardware puede durar en un entorno industrial severo, la mayoría de las personas miran su trabajo y buscan una solución que saben que es sólida y que comprende completamente la estructura de costos (piezas y trabajo). Ya a través de estos comentarios, puede afirmar que tiene código abierto todo lo que quiera, pero es reacio que alguien más pase el tiempo revisando y aprendiendo no solo cómo usar sus placas, sino también cómo procesar y controlar los circuitos lógicos. cuando los PLC son bien conocidos (incluidos los posibles números) y los productos defectuosos pueden devolverse en un tiempo extremadamente rápido.

  • Tim dice:

    Arghhh, ¿qué pasa con un simple PLC de zapatos? Hay tan barato y modular.

    Sin embargo, puedo entender porque en todas las carreras de EE que terminé a tiempo parcial en 7 años (trabajando a tiempo completo en la industria pesada), ¡en ninguna etapa hubo exposición a PLC en toda la carrera! Toda la exposición de mi proyecto de automatización vino de mi empleador.

    • Tim dice:

      editar: O dale una oportunidad a la lógica de retransmisión de la vieja escuela 🙂

      Pero bueno, hay más de una forma de despellejar a un gato.

      Si vale la pena hacerlo, vale la pena hacerlo 🙂

  • Arduino Enigma dice:

    ¿Qué pasa con el rotaconnect?
    https://www.amphenol-icc.com/product-series/rotaconnect-rotatable-board-to-board.html

    Otra opción es tener un conector de cuatro pines perpendicular a la placa y una pequeña computadora con dos conectores de emparejamiento para unir las señales de placa a placa.

    Esto realmente necesita una placa de seguridad con un relé guiado por la fuerza para desconectar las salidas de los actuadores. Un lado del devanado puede ser alimentado por un interruptor de seguridad en forma de hongo rojo.

    • Michael Schuldt (@mike_schuldt) dice:

      ¡Gracias por las sugerencias! Yo los miraré. Estaba buscando una mejor manera de conectar las placas, todavía no había encontrado algo ideal.

  • Canoa dice:

    Alguien más está aprendiendo que construir programas no es como construir leyendo.

  • código nórdico dice:

    Siento que TLC necesita hacer de esto un espectáculo. Carece de campesinos sureños con problemas de adicción a las drogas, pero el tema de “hacer algo más difícil de lo necesario” ciertamente está ahí.
    Nuestro vecino tiene una industria casera que produce velas y jabón con su hija de 13 años y tiene casi el mismo producto y menos cosas (a menos que esté contando a un empleado adolescente, jaja).

    • Michael Schuldt (@mike_schuldt) dice:

      ¿Cuál es la salida? No creo que eso se haya mencionado nunca.

      Imagine que PLC no es el martillo industrial e intente explicar la complejidad resultante de PLC y su software para resolver un problema como este. Podrías estar en el mismo programa.

      • Greenaum dice:

        Primero ellos es el martillo industrial. En segundo lugar, un PLC es una caja que puede proporcionar temporizadores, calculadoras y todas las cosas para las que produjo PCB, excepto que están en exhibición y se pueden volver a cablear sin tener que cablear nada. Lo mismo que su solución, excepto con mucha historia detrás, estándares de la industria y construida pensando en la durabilidad. Menos juntas de soldadura, a primera vista.

        Todos interactúan con las computadoras todo el tiempo. Creo que el candelabro promedio estaría más feliz de hacer todo esto como diagramas en la pantalla en lugar de cableado físico. Menos posibilidades de errores y malentendidos. Seguro que es una curva de aprendizaje, pero también para tus cosas, simplemente no lo ves porque es una solución que se te ocurrió.

        Están atado a esta fábrica de velas mientras ambos vivan. Si no está disponible, el siguiente tipo al que llamarán lo tirará, lo pondrá en un PLC y lo llamará idiota al dueño de la fábrica. Tu idea es simplemente "código abierto" desde el punto de vista de la propiedad intelectual, no tiene una comunidad de personas dedicadas a preservarla, que es el valor real.

        Como programador, tal vez dedicaría su tiempo a producir una versión de software de código abierto, dirigida a usuarios sin experiencia. El código abierto funciona muy bien con el método de "acoger, extender, devorar" que de otro modo utilizan las malas empresas. Después de 10 años, los PLC abiertos podrían ser la norma. http://www.openplcproject.com/ está trabajando en ello.

  • Ernesto dice:

    Ingeniero Automatizado aquí, con más de 20 años de experiencia. Esto debe hacerse con PLC, HMI y sensores robustos. Programé docenas de aplicaciones que no requerían cambios en el programa real. Siempre que deje en la HMI el acceso a ciertos parámetros (temporizadores, configuraciones, etc.) en una estrategia de control bien diseñada, se requerirá un soporte mínimo. Los principales problemas podrían ser picos de energía, que a su vez dañan los sensores y las fuentes de alimentación, pero nada más. Recuerda dejar buenos diseños accesibles para los descendientes ...

  • Técnica dice:

    Trabajo como ingeniero de empresa a tiempo completo y, sin embargo, estoy de acuerdo en que PLC es la solución adecuada aquí. Hice una pequeña automatización para un empleador hace unos años. ¿Qué usé? SOCIEDAD ANÓNIMA. Dejé el programa de software y el cable y la copia digital y la impresora de la lógica de escalera en el archivo de la empresa cuando me fui. Peor aún, si el fabricante del PLC se rompió y explotó, entonces alguien tiene que transcribir un diagrama de pasos relativamente simple en otro paquete y hacer una reescritura simple. En muchos modelos, el diagrama de escalera se puede insertar utilizando la pantalla LCD y el teclado. Así que lo del "hardware propio" es una pequeña pista falsa. La lógica de escalera es bastante estándar (parte de IEC 61131-3). Algunos detalles de una implementación en particular pueden ser propietarios, pero cualquier ingeniero de automatización capacitado podrá soportar las diferencias. Probablemente antes de lanzar su computadora portátil. A pesar de toda la "apertura", esta solución será mucho menos sostenible cuando el diseñador original sea atropellado por un autobús. Simplemente porque no sigue un estándar reconocido. La lógica de escalera está diseñada para que la comprenda cualquier idiota y el hardware COTS para operarla puede ser bastante económico. Su tiempo debería ser barato si puede hacer girar sus propios tableros y escribir programas desde cero de manera más económica. Incluso si la ideología de código abierto es una parte fundamental de su filosofía personal, puede obtener implementaciones de PLC de código abierto como http://www.openplcproject.com

  • John dice:

    PLC, es decir, lógica de escalera. Es inglés para lenguajes de programación para aplicaciones industriales. automatización, y se remonta a 150 años cuando la gente usaba relés para hacer lo mismo, antes de la década de 1970, cuando aparecieron los PLC industriales. Probablemente podría automatizar este sencillo arreglo de velas con relés.

  • Miguel dice:

    @Muchos de los PLC anteriores son herramientas estándar para la fabricación automatizada, por lo que si usara uno, no sería un truco.

  • John Pak dice:

    Estoy de acuerdo con la sensación de que el hardware de plc es caro.
    Por lo general, requiere software propietario para la programación, lo que significa más $$$.

    Entiendo que está pagando parcialmente por el soporte a largo plazo, pero eso no significa que la empresa elegida no cierre una tienda y le permita pasar el rato sin repuestos ni programas.

    Esto también es menos amigable para las empresas pequeñas o personales que quizás no puedan ahorrar en gastos como operaciones más grandes.

    La lógica de escalera está bien. Prefiero programar con texto en lugar de gui con mayor frecuencia.
    Creo que es un buen intento de encontrar de alguna manera un punto medio con hardware abierto y un lenguaje de programación abierto que pueda ser similar o una variante de la lógica de escalera.

Fernando Román
Fernando Román

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