4.6 MONTAJE DE ELEMENTOS NEUMÁTICOS
4.6.1 RACORES
Los racores utilizados en las conexiones neumáticas son de 6mm y 4mm se los colocó en los cilindros, unidad de mantenimiento, generador de vacío, vacuostato y válvulas.
97 Fuente: Luis A. Jaramillo G., Pablo A. Moposita Y., (Autores) 98 Fuente: Luis A. Jaramillo G., Pablo A. Moposita Y., (Autores)
Para que la conexión de este elemento sea correcta y no exista fugas de aire se colocó teflón alrededor de la rosca y se los aseguro con una llave pico de loro.
FIGURA. IV.24 RACORES COLOCADOS EN VÁLVULAS99
4.6.2
MANGUERAS.
Las mangueras utilizadas son de 6mm y 4mm respectivamente estas se las introdujo de forma segura en sus respectivos racores verificando que la manguera no quede floja y no tenga presencia de hoyos para que no existan fugas de aire.
FIGURA. IV.25 MANGUERAS Y RACORES.100
4.6.3
CILINDROS NEUMÁTICOS.
Los cilindros se colocaros en sus respectivas bases, asegurándolos con tronillos de una y dos pulgadas luego de esto se procedió a colocar sus respectivos racores de 4mm con reguladores de presión para variar la velocidad de salida del vástago del cilindro.
99 Fuente: Luis A. Jaramillo G., Pablo A. Moposita Y., (Autores) 100 Fuente: Luis A. Jaramillo G., Pablo A. Moposita Y., (Autores)
FIGURA. IV.26 CILINDROS A, B, C101
4.6.4
VÁLVULAS.
Para la sujeción de las válvulas se utilizó una base adaptada asegurada con tornillos de dos pulgadas la cual se acoplo al riel para después colocar sus respectivos racores y mangueras de 4mm.
FIGURA. IV.27 VÁLVULAS NEUMÁTICAS102
4.6.5
VACUOSTATO.
Para colocar este elemento se procedió a realizar una base la cual se acople al riel DIN esta base se la sujeto con tronillos de 2 pulgadas, después se colocó su respectivo racor de 4 mm y manguera como nuestra la imagen.
101 Fuente: Luis A. Jaramillo G., Pablo A. Moposita Y., (Autores) 102 Fuente: Luis A. Jaramillo G., Pablo A. Moposita Y., (Autores)
FIGURA. IV.28 VACUOSTATO103
4.6.6
GENERADOR DE VACÍO.
Se colocó sobre un soporte para colocar sus respectivos racores y mangueras de 4mm.
FIGURA. IV.29 GENERADOR DE VACÍO104
4.6.7
UNIDAD DE MANTENIMIENTO.
La unidad de mantenimiento se colocó en su respectiva base sujetada por dos tornillos de media pulgada se colocaron racores de 6 mm y manguera.
FIGURA. IV.30 UNIDAD DE MANTENIMIENTO.105
103 Fuente: Luis A. Jaramillo G., Pablo A. Moposita Y., (Autores) 104 Fuente: Luis A. Jaramillo G., Pablo A. Moposita Y., (Autores)
4.6.8
VENTOSA.
La ventosa se colocó en su base, asegurada con su tuerca para colocar después su racor de 4mm con su manguera.
FIGURA. IV.31 VENTOSA106
4.7
HERRAMIENTAS.
El proceso de construcción, montaje e instalación de la estación pick and place se utilizaron las siguientes máquinas y herramientas:
Dobladora mecánica. Flexometro. Arco de sierra. Soldadora eléctrica. Amolador. Taladro de mano. Taladro pedestal. Torno.
Calibrador pie de rey.
105 Fuente: Luis A. Jaramillo G., Pablo A. Moposita Y., (Autores) 106 Fuente: Luis A. Jaramillo G., Pablo A. Moposita Y., (Autores)
Entenalla. Escuadra. Limas. Brocas. Destornilladores. Llaves hexagonales. Machuelos. Punzón. Saca bocados. Nivel. Cortadora de tol. Dremel. Martillo. Pinzas. Playo de presión.
4.8
LISTA DE MATERIALES.
En la tabla se detalla las partes usadas en la construcción de la estación sus elementos y el material del cual se constituye.
PARTE ELEMENTO CANT DIMENSIÓN
Aluminio ranurado 1 35 x 4 x 4 cm
Base torre 1 7,5 x 7,5 x 0,5 cm
Pieza soporte cilindro 1 1 31x 4 x 0,5 cm
TORRE 1 Barrillas guías 2 15 x 0,3 cm Cilindro 1 (A) 1 Cilindro 2 (B) 1 Base ventosa 1 Ventosa 1 Racores 5 4mm Sensores capacitivos 3 Sensor vacío 1 Tuercas 2
Tornillos cabeza hexagonal 2 1 pulgada Tornillos cabeza hexagonal 2 ½ pulgada
TORRE 2
Aluminio ranurado 1 25 x 4 x 4 cm
Base torre 1 7,5 x 7,5 x 0,5 cm
Bandeja 1
Tornillos cabeza hexagonal 2 1 pulgada Tornillos cabeza hexagonal 1 ½ pulgada
Aluminio ranurado 1 25 x 4 x 4 cm Base motor 1 15 x 10,7x 0,5 cm Motor 24 Vcd 1 Base banda 2 14 x 4 x 0,3 cm Soporte rodillos 4 10 x 5 x 0,5 cm Rodillos 6 4 x 2 cm Soporte cilindro 3 (C) 1 10,5 x 4 x 0,3 cm Cilindro 3 (C) 1
BANDA Aluminio bordes 2 35 x 1 x 1 cm
Base bordes 4
Banda 1 79 x 4 x0,1 cm
Tornillos 12 1 pulgada cabeza hexagonal
Tornillos 6 ½ pulgada cabeza hexagonal
Tapa motor 1 8 x 7 cm Racores 2 4mm Sensor inductivo 1 Selector 1 Sensor fibra 1 Sensor óptico 1
Base sensor óptico 1 18 x 4 x 0,3 cm
OTROS Base Festo 1 70 x 35 x 4 cm
Base sensor óptico 2 22,5 x 4 x 0,3 cm
Tornillos 10 2 pulgadas cabeza estrella
Unidad de mantenimiento 1
Manguera 1 3 metros
Canaletas 1 1 metro
Válvulas 4 5 a 3 monoestables
Riel DIN 1
Tornillos cabeza hexagonal 6 ½ pulgada
Funda de amarras 1
Pintura mate color aluminio 1
Sistema eléctrico PLC 1 Baquelitas 4 Cable 1 Cable datos 1 Enchufe 1 Fuente de poder 1
Plug banana hembra 10
LEDs 10
Resistencias 10
Relé 1 24VCD
TABLA. IV-VI LISTA DE MATERIALES.
CAPITULO V
ANÁLISIS Y RESULTADOS.
5.1
PRUEBAS MECÁNICAS.
Para proceder a realizar las pruebas mecánicas se inició con un vistazo de cada pieza mecánica de la estación para asegurar que todo esté a punto para iniciar esta etapa.
Las pruebas iniciales realizadas dieron como resultado tiempos de 12 a 14 segundos tiempo que no cumplía con las expectativas deseadas, para solucionar estos tiempos se procedió a realizar un análisis minucioso de cada parte mecánica dando como resultados los siguientes problemas:
Paros espontáneos de la banda transportadora
Para la corrección de estos problemas se revisó el funcionamiento de todas sus partes para observar cualquier anomalía los primeros resultados que obtuvimos fueron los siguientes:
Mala alineación de rodillos de ajuste de la banda, Desigualdad del soporte de la banda,
Desgaste de la cinta.
Estos problemas se solucionaron con los siguientes correctivos:
Alineación correcta de cada rodillo de manera que estén de forma paralela y perpendicular.
Se corrigió las bases de la banda
Se procedió a buscar un nuevo material para la cinta de la banda ya que la anterior era propensa a desgastarse continuamente y a estirarse.
Otro problema que se obtuvo en las pruebas iniciales fue el mal ensamblaje de piezas, para corregir esto se fue directo al sistema de manipulación, el cual fue sometido a pequeños correctivos necesarios para su perfecto funcionamiento.
Luego de todos estos problemas y corrección de los mismos se procedió nuevamente a realizar pruebas dando un excelente resultado a los anteriores de tiempos promedios de catorce segundos, se redujo a un tiempo promedio de diez segundos. Estos tiempos se obtuvieron del promedio de 30 piezas procesadas.
En las siguientes imágenes se muestran los resultados de las piezas ingresadas y después de haber sido ensambladas por la estación.
FIGURA. V.1 PIEZA INICIAL DE PRUEBA MECÁNICA
FIGURA. V.2 PIEZA ENSAMBLADA107
5.2
PRUEBAS ELÉCTRICAS.
En las pruebas eléctricas se procedió a verificar la conexión de sensores, el módulo de comunicación, el tablero de control y todo el cableado realizado en el PLC.
Este paso es importante para verificar que no existan cortocircuitos en placas y sensores, así como también que todos los elementos eléctricos estén bien conectados.
Se procedió a realizar mediciones de continuidad con el multímetro de los cables que ingresan y salen del PLC, verificando las conexiones. Se verifico la comunicación y conexiones del PLC con la botonera de control.
Se verifico que los voltajes sean los adecuados para el correcto funcionamiento de tanto de los sensores como de los actuadores.
FIGURA. V.3 VERIFICANDO VOLTAJES108
FIGURA. V.4 COMPROBANDO BORNERAS109
108 Fuente: Luis A. Jaramillo G., Pablo A. Moposita Y., (Autores) 109 Fuente: Luis A. Jaramillo G., Pablo A. Moposita Y., (Autores)
FIGURA. V.5 VERIFICACIÓN DE CONEXIONES DE LA BOTONERA110
Al realizar las pruebas se detectó un problema de continuidad entre diferentes pistas de la botonera causados por una suelda entre estas.
Se realizó los respectivos correctivos y se obtuvo un cableado eléctrico en perfectas condiciones.
5.3
ANÁLISIS DE ENCUESTAS.
Aparte de pruebas mecánicas, eléctricas, se realizó encuestas con la intensión de conocer la opinión de estudiantes de la Escuela de Ingeniería en Control y Redes Industriales, acerca del diseño y la construcción de esta estación.
Las encuestas se realizaron de forma digital, usando una herramienta provista por GOOGLE DRIVE, la cual permite la creación y análisis de encuestas de forma on-line. El modelo de la encuesta se encuentra en el Anexo 8.
Los resultados de la encuesta no fueron analizados profundamente, ya que estos no afectan directamente a los resultados, como se mencionó fueron realizadas con el fin de conocer opiniones sobre el desarrollo de este trabajo.
A continuacion se muestran los resultados obtenidos de las encuestas . Primera pregunta:
1. Considera usted necesaria la implementación de nuevas tecnologías en los laboratorios de la institución?
Segunda pregunta:
2. Estaría de acuerdo que se implementen nuevos módulos didácticos para el laboratorio de redes industriales?
Tercera pregunta:
3. Cree usted que es importante para el estudiante realizar prácticas que refuercen los conocimientos adquiridos en clases?
Cuarta pregunta:
Quinta pregunta:
5. Basado en su respuesta anterior, le gustaría conocer de mejor manera el funcionamiento de dicho sistema?
Sexta pregunta:
6. Considera usted que la idea de diseñar y construir este sistema Pick and Place, para laboratorio de Redes Industriales es?
5.4
RESULTADOS.
La hipótesis planteada al inicio del proyecto dice: “El diseño e implementación de una estación Pick and Place para el sistema de producción modular optimizará el proceso de manejo de materiales de dicho sistema?”.
Debido a la naturaleza de la hipótesis, de tipo cualitativo111 se realizaron diferentes pruebas de
funcionamiento para comprobar o desmentir la hipótesis usando el método experimental en la realización de pruebas en condiciones controladas.
De las pruebas realizadas se obtuvieron resultados favorables, un 100% de productos fueron terminados, con una calidad 93.33% en el ensamblaje de los materiales, de los 30 productos
111 Una comprobación cualitativa aduce hechos, pero confía la comprobación al raciocinio lógico más
que a una evaluación de los hechos observados. Fuente: http://www.slideshare.net/femmejoly/mtodos- de-comprobacin-de-hiptesis
que se tomó en cuenta para ser ensamblados, 28 fueron correctamente ensambladas, las 2 restantes fueron ensambladas con un ligero error de posición entre la tapa y la base, con lo cual el uso de materiales es óptimo.
PRUEBA DE ENSAMBLAJE.
PRUEBA ERROR PRUEBA ERROR PRUEBA ERROR
1 NO 11 NO 21 NO 2 NO 12 NO 22 NO 3 NO 13 SI 23 NO 4 NO 14 NO 24 NO 5 NO 15 NO 25 NO 6 NO 16 NO 26 NO 7 NO 17 NO 27 SI 8 NO 18 NO 28 NO 9 NO 19 NO 29 NO 10 NO 20 NO 30 NO PROMEDIO 0 1 1
TOTAL CON ERROR 2
TABLA.V- VII PRUEBA DE ENSAMBALJE.
Estas pruebas también fueron cronometradas con el fin de mejorar el tiempo de proceso, en las 10 primeras pruebas se obtuvo un tiempo promedio de 14,26 segundos, luego de esto se varió la velocidad de salida de los cilindros neumáticos, y disminuyendo tiempos de temporizadores en el programa se logró en las siguientes 10 pruebas un tiempo promedio de 10,42 segundos y en las 10 últimas pruebas se redujo el tiempo a un promedio de 10 segundos.
Esto demuestra que la estación es confiable a un 100% en cuanto se refiere al uso de materiales y los tiempos de producción son tiempos relativamente bajos.
28; 93% 2; 7%
Pruebas
ensambladas correctamente no ensambladas correctamenteAdemás de las pruebas realizadas, la estación PICK and PLACE se acopló perfectamente al sistema de producción modular existente en el laboratorio, ya que fue diseñada con este fin. Sin mostrar problemas el momento de unirse a los procesos realizados por otras estaciones. Con lo que concluimos que al diseñar e implementar una estación Pick and Place se optimiza el manejo de materiales en el sistema de producción modular del laboratorio de Redes Industriales.
MUESTRAS DE TIEMPOS.
PRUEBA TIEMPO PRUEBA TIEMPO PRUEBA TIEMPO
1 14,256 11 10,421 21 9,775 2 14,306 12 10,417 22 9,770 3 14,300 13 10,420 23 9,768 4 14,250 14 10,421 24 9,773 5 14,295 15 10,417 25 9,812 6 14,258 16 10,416 26 9,810 7 14,247 17 10,422 27 9,793 8 14,238 18 10,457 28 9,782 9 14,259 19 10,431 29 9,814 10 14,268 20 10,443 30 9,822 PROMEDIO 14,2677 10,4265 9,7919
CONCLUSIONES.
Al combinar los sistemas mecánico, neumático, y eléctrico, se logró construir una estación funcional, capaz de ser integrada al sistema de producción existente.
Un diseño preliminar de cada componente de la estación evita tener inconvenientes al momento de su construcción y ensamblaje.
Se mejora la estabilidad del sistema de manipulación implementado guías mecánicas a los cilindros neumáticos.
La sujeción de elementos mecánicos y su posición es importante para que el sistema funcione adecuadamente.
Se seleccionó el sistema de sujeción al vacío, que ofrece una manipulación confiable y rápida, el uso de una ventosa asegura un agarre perfecto en piezas con superficies planas o curvas.
Mediante los diferentes sensores instalados, se obtienen señales de control, que son usadas por el PLC para controlar el funcionamiento de la estación.
La HMI diseñada, permite controlar y monitorizar el funcionamiento de la estación en tiempo real, gracias a la comunicación establecida entre el PLC y un computador
RECOMENDACIONES.
Realizar un diseño que permita combinar los diferentes sistemas utilizados, haciendo que estos interactúen correctamente entre sí.
Diseñar cada elemento mecánico usando medidas reales y basándose en los elementos ya existentes, como cilindros neumáticos, sensores, etc.
Durante el ensamblaje y funcionamiento revisar que la posición de cada parte del sistema de manipulación sea la adecuada.
Utilizar los planos para la construcción de las partes mecánicas, utilizando herramientas de precisión y la ayuda de un mecánico experto.
Revisar la alineación de los rodillos de la banda y comprobar que esté templada la cinta transportadora, para evitar atascos.
Observar periódicamente el ajuste de tuercas, tornillos, para asegurar el perfecto trabajo de la estación.
Semanalmente calibrar la válvula de salida de los cilindros y la posición de las torres para tener un buen funcionamiento del sistema de manipulación, e inspeccionar la ventosa, el generador de vacío, y vacuostato.
Revisar las conexiones entre el PLC, sensores, actuadores, y otros elementos eléctricos para que estos funcionen de manera adecuada, evitando corto circuitos y pérdidas de señales.
Realizar una programación independiente entre el PLC y la HMI, para en caso de pérdida de comunicación evitar el paro del proceso.
RESUMEN.
Diseño y construcción de una estación Pick and Place para el laboratorio de Redes Industriales de la Escuela de Ingeniería Electrónica en Control y Redes Industriales, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo.
Utilizando el método analítico adquirimos información técnica necesaria e indispensable de cada elemento neumático, mecánico y electrónico, utilizado para diseñar y construir la estación Pick and Place. Aplicando el método experimental en las pruebas de funcionamiento realizadas, recolectamos datos y observamos errores que fueron solucionados posteriormente. Las herramientas digitales empleadas fueron: Autocad, Solidworks, FluidSim y UnityPro. Las pruebas realizadas a nuestra estación nos muestran los siguientes resultados: tiempo total producto final 10 segundos, tiempo de ensamblaje tapa a base 3 segundos, calidad del producto final 93.33%, productos defectuosos 0%, estos resultados fueron mediante el análisis de 30 muestras seleccionadas aleatoriamente, se analizó el tiempo de ensamblaje tapa a base realizado manualmente obteniendo tiempos similares realizados por nuestra estación garantizando así su desempeño.
Concluimos que al diseñar y experimentar usando programas computarizados logramos tener un diseño final correcto, logrando crear una estación que automatice un proceso manual haciéndolo cíclico ganando tiempo y recursos, su construcción física simula a maquinaria industrial cumpliendo satisfactoriamente su propósito, añadiendo una herramienta práctica para el desarrollo integral de los estudiantes, preparándoles para su futura vida profesional. Se recomienda a los estudiantes y técnicos que hagan uso del módulo cumplir con el plan de mantenimiento para prolongar su vida útil y garantizar un buen funcionamiento, así como también guiarse en el manual de usuario proporcionado.
SUMMARY.
Design and build of a <Pick and Place > Station for the Laboratory of Industrial Networks from the School of Electronics in Control and Industrial Networks of the Higher School Polytechnic of Chimborazo.
By using the analytic method was acquired the necessary and indispensable technique information of each pneumatic, mechanic and electronic element used to design and build a Pick and Place station. Applying the experimental method in the made proofs of functioning, later, it was collected data and observed errors that were solved. The digital tools employed were: Autocad, Solidworks, Fluidsim and UnityPro.
The made proofs to the station showed the following outcomes: total time final product 10 seconds, time of assembly from cover to base 3 seconds, quality of the final product 93.33%, defective products 0%, these results were through the analysis of 30 selected samples, randomly. It was analyzed the time of assembly from cover to base made manually by obtaining similar times done by our station guaranteeing on this way its performance.
It is included at the moment to design and experiment using computer programs, it is possible to have a final correct design, by achieving to create a station that automates a manual process by making it cyclic and deriving in benefits of time and resources, its physical construction simulates ad industrial machinery, its purpose is accomplished satisfactorily, by adding a practical machine for the integral development of the students, preparing them for their professional life.
It is recommended to the students and technicians that make use of the module accomplish with the plan of maintenance in order to extend its lifetime and guarantee a good functioning, as well as to guide it in the provided user handbook.
GLOSARIO
AND: compuerta lógica digital que realiza la operación de multiplicación.
BAR: Unidad de presión utilizada en neumática equivale a una atmosfera su símbolo es bar. DIAGRAMA NEUMÁTICO: representación gráfica de un sistema neumático.
FUGAS: escape de aire.
LADDER: programa compuesto por símbolos de contactos.
MANIPULACIÓN: del término manipular el cual significa manejar objetos delicados o de precisión.
NOT: compuerta lógica digital que realiza la operación de negación. OR: compuerta lógica digital que realiza la operación de suma.
PASCAL: Unidad de presión del sistema internacional de unidades su símbolo Pa. VACIO: baja presión
BIBLIOGRAFÍA
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ANEXOS
1. Simbología neumática.2. Planos mecánicos.
3. Características de elementos neumáticos. 4. Grafcet.
5. Programación Ladder 6. Diagramas eléctricos
7. Manual de usuario y mantenimiento 8. Modelo de encuesta