UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA
Peumo Repositorio Digital USM https://repositorio.usm.cl
Tesis USM TESIS de Pregrado de acceso INTERNO
2019
MAQUINA CORTADORA DE TUBETES
VILCHES DE CELIS, SEBASTIÁN EMILIO EDUARDO
https://hdl.handle.net/11673/48686
UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA
SEDE CONCEPCION REY BALDUINO DE BELGICA CONCEPCIÓN
MAQUINA CORTADORA DE TUBETES
SEBASTIAN VILCHES DE CELIS
UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA SEDE CONCEPCION “REY BALDUINO DE BELGICA”
MAQUINA CORTADORA DE TUBETES
TRABAJO PARA OPTAR AL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO DE EJECUCION EN CONTROL E INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL
Alumno : Sebastián Emilio Vilches De Celis
Profesor Guía : Nelson Vásquez Concha.
DEDICATORIA
Este trabajo de título se lo dedico en primer lugar a mi madre, apoyo
fundamental en este proceso educativo. Quien además se encargó de
formarme como una persona de bien y con deseos de progresar e ir
más allá.
A mi novia quien siempre estuvo conmigo en altos y bajos, dando
ánimos en algunos tropiezos estudiantiles, durante el transcurso de
esta carrera.
A mi hermano Gonzalo Vilches que en paz descanse, mi modelo a
seguir, símbolo de pasión y aprecio a realizar las cosas bien por mas
simple que estas sean.
Finalmente a mis profesores por estar siempre presentes y brindar una
salida a cada una de las dudas o situaciones que se fueron presentando
a lo largo de estos años.
RESUMEN
El presente trabajo de título se basa en un proyecto de pre factibilidad el
cual fue ejecutado en dependencias de la empresa CMPC, planta TISSUE ubicada
en Talagante. Y viene a cubrir la necesidad de realizar una perforación en la parte
superior de rollos de papel higiénico y rollos de papel de mesa.
Hoy en día la empresa cuenta con una máquina de estas características sin
embargo esta no tiene la capacidad necesaria que demanda el mercado nacional e
internacional.
La propuesta para esta problemática consta de una maquina con 4
estaciones de corte en lugar de 2 como la maquina existente, pudiendo lograr el
doble de producción actual.
ÍNDICE DE CONTENIDOS
DEDICATORIA ... 3
RESUMEN ... 4
ÍNDICE DE CONTENIDOS ... 5
ÍNDICE DE FIGURAS ... 8
ÍNDICE DE TABLAS ... 9
INTRODUCCIÓN ... 1
CAPÍTULO: 1 ASPECTOS GENERALES ... 2
1.1 DESCRIPCIONDELPROBLEMA ... 2
1.1.1 FUNDAMENTO DEL ANALISIS ... 2
1.1.2 DESCRIPCION GENERAL DEL PROYECTO ... 2
1.2 OBJETIVOS ... 4
1.2.1 Objetivo general ... 4
1.2.2 Objetivos específicos ... 4
1.3 ALCANCESYLIMITACIONES ... 4
CAPÍTULO 2 CARACTERISTICAS DE LA EMPRESA ... 5
2.1 HISTORIADELACOMPAÑIA ... 5
2.2 MISIONVISIONYVALORESDELACOMPAÑIA ... 6
2.3 SITUACIONACTUAL ... 8
2.4 PLANTEAMIENTODELPROBLEMA... 8
2.4 SOLUCION ... 9
CAPÍTULO 3 MARCO TEORICO ... 10
3.1 MAGNITUDESELECTRICAS ... 10
3.1.1 Intensidad eléctrica ... 10
3.1.2 Tensión eléctrica ... 10
3.1.3 Resistencia eléctrica ... 11
3.1.4 Energía eléctrica ... 11
3.1.5 Potencia eléctrica ... 12
3.1.6 Densidad de corriente ... 13
3.2 AUTOMATIZACION ... 13
3.2.1 Aplicaciones de la automatización ... 14
3.4 SISTEMASDECONTROL ... 18
3.4.1 Sistema de control de lazo abierto ... 18
3.4.2 Sistema de control de lazo cerrado ... 20
3.5 CONTROLADORESLOGICOSPROGRAMABLES ... 21
3.5.1 Definition y características principales ... 21
3.5.2 BREVE HISTORIA ... 22
3.5.3 ESTRUCTURA DE LOS PLC ... 23
3.5.4 COMPONENTES DE HARDWARE ... 24
3.5.5 VENTAJAS DEL AUTOMATA PRGRAMABLE ... 24
3.5.6 CAMPOS DE APLICACIÓN ... 25
3.5.7 MODOS DE FUNCIONAMIENTO ... 25
3.5.8 CICLO DE FUNCIONAMIENTO ... 26
CAPITULO 4 EVALUACION TECNICA ... 27
4.1 DESCRIPCIONDELOSMATERIALESYCOMPONENTESAUTILIZAR ... 27
4.1.1 TRANPORTADORES ... 27
4.1.2 EQUIPOS DE TRACCION ... 28
4.1.3 CONTROL DE VELOCIDAD ... 28
4.1.4 CINTAS TRANSPORTADORAS ... 29
4.1.5 SISTEMAS DE RETENCION ... 30
4.1.6 ESTACIONES DE CORTE. ... 31
4.1.7 DISCOS DE CORTE ... 31
4.1.8 SENSORES ... 32
4.1.9 CIERRE PERIMETRAL ... 33
4.2 DESCRIPCIONDELPRODUCTOAMANIPULAR ... 34
4.3 DESCRIPCIONCONTROLDELSISTEMA ... 35
4.3.1 VARIABLES A CONTROLAR POR PARTE DEL PLC ... 36
4.3.2 INTERFAZ HOMBRE MAQUINA ... 37
4.4 PARAMETRIZACIONYCONEXIONADODRIVESYSERVOMOTORES ... 38
4.4.1 CONECTORES ... 38
4.4.1.1 Conector CN2 ... 38
4.4.1.2 Conector CN1 ... 39
. ... 39
4.4.2 MODO DE FUNCIONAMIENTO ... 41
4.4.3 PARAMETRIACION ... 42
4.4.3.1 Implementación control de velocidad ... 43
4.5 BLOQUESPROGRAMAPLC ... 45
4.5.1 BLOQUES VDF ... 45
4.5.2 BLOQUES PARADA DE EMERGENCIA ... 47
4.5.3 BLOQUES PARA FORMATO PASO LIBRE ... 50
4.5.4 BLOQUES INTERLOCK ... 51
4.7 REDDEELEMENTOS ... 56
CAPÍTULO 5 ... 57
5.1 CONCLUSIÓNGENERAL ... 57
5.2 BIBLIOGRAFÍA ... 58
ANEXOS ... 59
ANEXO 1:CARACTERÍSTICAS DRIVE UTILIZADO ... 59
ANEXO 2:ESQUEMA CONEXIONADO FUERZA Y PERIFÉRICOS ... 60
ANEXO 3:ESQUEMA CONEXIONADO MONOFÁSICO ... 61
ANEXO 4:ESQUEMA CONEXIONADO TRIFÁSICO ... 62
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.4-1. Diseño sistema cortador de tubetes. ... 9
Figura 2.4-1. Cono truncado. ... 9
Figura 3.1-2. Tipos de señales ... 17
Figura 3.1-3. Sistema de control ... 18
Figura 3.2-3. Ciclo de trabajo ... 26
Figura 4.1-1. Diseño transportador ... 27
Figura 4.1-2. Moto reducto SEW (imagen referencial) ... 28
Figura 4.1-3. VDF Siemens G 120 C ... 28
Figura 4.1-4. Cintas transportadoras ... 29
Figura 4.1-5. Actuador neumático para retención ... 30
Figura 4.1-6. Servo motor con su controlador (Drive) ... 31
Figura 4.1-7. Discos de corte. ... 31
Figura 4.1-8. Fotoeléctrico de proximidad. ... 32
Figura 4.1-9. Cierre perimetral máquina perforadora. ... 33
Figura 4.2-1. Rollo papel. ... 34
Figura 4.3-1. Imagen referencial CPU y módulos E/S S7-1500. ... 36
Figura 4.3-2. HMI Siemens Ktp 700, basic ... 37
Figura 4.4-1. Pinout conector CN2, retroalimentación encoder/drive. ... 38
Figura 4.4-2. Conector CN1, interfaz de entradas y salidas del drive. ... 39
Figura 4.4-3. Descripción y función pinout cn1. ... 40
Figura 4.4-4. Conexionado de CN1 para el modo de control por velocidad. ... 41
Figura 4.4-5.Funcionamiento manual a través del JOG. ... 42
Figura 4.4-6. Display Drives. ... 43
Figura 4.5-1. Bloque normal y escalamiento. ... 45
Figura 4.5-2. Si no hay fallo VDF está listo para partida. ... 46
Figura 4.5-3. VDF listo y velocidad “move” seteable en pantalla HMI ... 46
Figura 4.5-4. Guarda fallos del VDF para mostrarlos en pantalla. ... 47
Figura 4.5-5. Seguridad sistemas neumáticos... 47
Figura 4.5-6. Sistema seguridad VDF. ... 48
Figura 4.3-7. Sistema seguridad Drives ... 49
Figura 4.5-8.sistema para paso libre. ... 50
Figura 4.3-9. Interlock cinta salida ... 51
Figura 4.6-1. Forzar control neumático. ... 52
Figura 4.6-2. Control general de maquina ... 53
Figura 4.6-3. Reseteo drives desde pantalla ... 54
Figura 4.6-4. Test señales ... 55
ÍNDICE DE TABLAS
INTRODUCCIÓN
CMPC TISSUE planta Talagante, es una empresa líder en el mercado de
productos Tissue en Chile y en el medio internacional. Su gama de productos es
variada y destacan tanto a nivel de empresas como también en el hogar. Como lo
son conocidas marcas tales como, Confort, Elite, Nova, Ladysoft, Babysec, Noble
y Cotidian.
Tissue es la filial que produce y comercializa papel higiénico, toallas de
papel, servilletas, papel facial, pañales para niños y adultos, además de toallas
femeninas.
Los productos se comercializan bajo marcas propias, siendo Elite la
marca regional. Confort y Nova en Chile e Higiénico y Sussex en Argentina. Son
líderes en sus mercados en las categorías de papel higiénico y toallas de papel
respectivamente.
Los pañales desechables para niños, y adultos y las toallas femeninas se
comercializan bajo el nombre de Babysec, Cotidian y Ladysoft.
CMPC Tissue S/A requiere de un nuevo equipo que permita realizar los
cortes a los tubetes de las toallas de papel. El nuevo sistema deberá ser capaz de
cubrir las necesidades de la nueva máquina que será instalada y cuya capacidad es
CAPÍTULO: 1 ASPECTOS GENERALES
1.1 DESCRIPCION DEL PROBLEMA
Hoy en día la planta cuenta con una máquina perforadora, sin embargo esta
No cumple con las necesidades de producción. Puesto que solo posee 2 estaciones
de corte. La oferta comprometa aumentar la producción al doble, es por ello que
se implementara un sistema con 4 estaciones pudiendo cubrir al menos 60 rollos
por minuto.
1.1.1 FUNDAMENTO DEL ANALISIS
Se realizó visita técnica a las dependencias del cliente donde se revisó en
terreno las necesidades de la empresa mandante y en conjunto con equipo técnico
de CMPC Tissue se realizó una reunión, donde se tomó acuerdo y hubo un
intercambio de información técnica. Todo esto con el fin de realizar un
levantamiento que busca la solución óptima para satisfacer las necesidades
presentadas.
1.1.2 DESCRIPCION GENERAL DEL PROYECTO
La propuesta consiste en proyectar el equipo de corte automático de los
tubetes de rollos de papel, el flujo requerido será de 60 rollos por minuto los
cuales deberán pasar por las estaciones de corte en un intervalo menor a 5
segundos con el fin de no congestionar el proceso.
• Detectar la llegada de rollos a transportador de entrada.
• Bloquear avance de unidades (solo en caso de congestión).
• Rollo avanza hasta equipo de desvió.
• Equipo de desvió envía una unidad de rollo a alguna de las 4
estaciones de corte.
• Detener rollo en estación de corte.
• Ejecutar proceso de corte y limpieza.
• Liberar rollo cortado.
• Bloquear avance de unidades (solo en caso de que 2 rollos se
encuentren atrapados en cinta de salida.
• Rollo avanza hasta empalme con cinta de salida.
.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo general
Implementar un sistema que sea capaz de trabajar bajo la carga solicitada y
además cumplir con los estándares que exige la empresa mandante. Trabajar en
régimen permanente y presentar lo mínimo de tiempos muertos.
1.2.2 Objetivos específicos
• Correcto proceso de ingeniería de detalle y diseño con el fin de no tener
problemas a la hora de fabricar la máquina.
• Implementar tecnologías con dispositivos de distinto fabricante.
• Realizar la arquitectura de control, fuerza y comunicación correcta de
modo que el sistema pueda funcionar sin mayores problemas.
1.3 ALCANCES Y LIMITACIONES
Para todos los trabajadores de la línea de conversión rollos planta
Talagante, pudiendo entregar un sistema amigable y que cumpla con los requisitos
solicitados, brindando de este modo una labor agradable y ligera en sus tareas
CAPÍTULO 2 CARACTERISTICAS DE LA EMPRESA
2.1 HISTORIA DE LA COMPAÑIA
CMPC es una compañía global, con casi 100 años de historia que entrega
soluciones sostenibles a sus clientes y consumidores. Su quehacer es la
producción y comercialización de productos derivados de la madera. Esta amplia
gama de productos, satisfacen las necesidades de personas, destacando su calidad,
competitividad y elaboración a base de recursos totalmente renovables.
En su operar hace parte de alianzas internacionales aportando a la
sostenibilidad del planeta, a la dinamización de economías locales, impactando de
manera positiva en las comunidades con quienes comparte territorio.
Para conseguir lo mencionado anteriormente CMPC trabaja en:
• Reconocer la importancia de relaciones comerciales solidas con
clientes globales y diversificados, dotadas con una red integral de
logística y una estructura comercial orientada hacia el cliente.
• Promover prácticas que favorezcan la libre competencia, las que
benefician a los consumidores finales.
• Desarrollar integralmente a sus trabajadores, logrando una fuerte
identidad, compromiso y alto desempeño en su equipo de trabajo.
• Utilizar tecnologías de punta en sus procesos, con la cual es posible
cumplir altos estándares de seguridad, protección de las personas y
• Cumplir estrictamente las leyes y normativas en los países donde
desarrolla sus operaciones. A su vez de una cultura corporativa
basada en el cumplimiento de la palabra empeñada, la honestidad,
el trabajo bien hecho y el esfuerzo personal.
• Rechaza el trabajo infantil, el trabajo forzado y cualquier tipo de
discriminación.
• Avanzar en el compromiso por la sostenibilidad medioambiental y
social.
2.2 MISION VISION Y VALORES DE LA COMPAÑIA
MISION: Producir y comercializar a través de plantaciones desarrolladas
por el hombre, madera, celulosa, papeles y productos tissue, de manera sostenible
en el tiempo, con calidad superior y competitiva, agregando valor a sus
accionistas y clientes. Creando así oportunidades de desarrollo para sus
trabajadores y comunidades locales.
Se busca ser sostenible a lo largo del tiempo para alcanzar un buen
desarrollo económico a través del respeto a los grupos de interés y cuidado con el
medio ambiente.
VALORES: Respeto por todas las personas con quienes se interactúa día
a día, como seres humanos sujetos de dignidad. En todas las operaciones se valora
Cuidado por el medio ambiente, énfasis en el desarrollo sustentable,
promoviendo la conservación de los recursos naturales de modo tal que estos no
se vean afectados para las generaciones futuras.
Consideraciones por las necesidades los vecinos, construir una relación de
colaboración y confianza con el fin de maximizar los beneficios sociales, de las
operaciones teniendo una actitud atenta y abierta, identificando sus necesidades
sociales y posibilidades de integración.
PROPOSITO CORPORATIVO:
• Crear las mejores soluciones para las necesidades genuinas de las
personas.
• Conservar el medio ambiente y promover un correcto manejo de
los recursos naturales.
• Generar oportunidades de desarrollo tanto como para la empresa
pero también para quienes interactúan con ella, vecinos,
2.3 SITUACION ACTUAL
Hoy en día el proceso es llevado a cabo por una máquina de las mismas
características que la del sistema propuesto, sin embargo esta posee una capacidad
bastante inferior puesto que solo cuenta con 2 estaciones de corte
2.4 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El equipo de corte automatizado existente en planta no cumple con las
cantidades requeridas por departamento de producción, esto trae consigo retrasos
en pedidos, muy escasa posibilidad de mantener stock e incluso la posibilidad de
2.5 SOLUCION
Para la solución se ofrece al cliente la opción de replicar la maquina
existente, pero adicionando otro ramal al costado con 2 estaciones de corte extras
para en teoría duplicar la producción, y lograr 60 rollos por minuto.
Figura 2.5-1. Diseño sistema cortador de tubetes.
CAPÍTULO 3 MARCO TEORICO
3.1 MAGNITUDES ELECTRICAS
A lo largo de este proyecto y/o trabajo de título irán surgiendo palabras
como tensión, intensidad, potencia, etc. Si bien son conceptos del ámbito de la
electrónica de potencia es necesario darlos a conocer para un mejor entendimiento
de la repercusión que tienen cuando se trabaja con máquinas o sistemas
automáticos.
3.1.1 Intensidad eléctrica
Es la cantidad de electrones que circula por un material en un segundo. La
unidad que utilizamos para medirla es el amperio (A). Comúnmente se le conoce
como corriente. Para conocerla es necesario identificar su magnitud y sentido.
3.1.2 Tensión eléctrica
Para que circule una corriente eléctrica a través de un material es
necesario que exista una diferencia de potencial eléctrico entre sus extremos. Esto
es equivalente al desnivel que se debe producir en una tubería para que por su
interior fluya determinada cantidad de agua. Comúnmente se le cono como voltaje
y su unidad de medida es el voltio (V). Cuando el valor y el signo de una tensión
eléctrica permanecen invariables en el tiempo hablamos de una tensión continua,
mientras que si su valor y polaridad cambian continuamente debemos entender
que se trata de una tensión alterna. Para el primer caso podemos mencionar la
computador mientras que para el segundo caso la diferencia que se da entre los
bornes de la base de un enchufe domiciliario.
3.1.3 Resistencia eléctrica
Es la mayor o menor oposición que presenta un material al paso de
corriente eléctrica. La unidad de resistencia es el Ohmio (Ω).
En 1827 un físico alemán Georg Simon Ohm, definió la resistencia
eléctrica y propuso la ley que relaciona la tensión y la corriente, y que hoy en día
es conocida como la ley de Ohm. Esta indica que la corriente eléctrica que fluye
por un conductor es directamente proporcional al voltaje e inversamente
proporcional a la resistencia.
= ; =
Dónde:
R es la resistencia eléctrica expresada en ohmios (Ω)
I es la intensidad en amperios (A)
V es la tensión en voltaje
3.1.4 Energía eléctrica
En 1840 el físico británico James Joule, afirmo que la energía eléctrica (T)
que transformaba en calor un conductor por el que circulaba corriente era
proporcional al producto de la resistencia del conductor por el cuadrado de la
La expresión que recoge este principio, que se denominó ley de Joule es la
siguiente:
= ∗ ∗
Dónde:
T es la energía eléctrica en Joules (J)
R es la resistencia eléctrica en Ohmios (Ω)
I es la intensidad eléctrica en amperios (A)
T es el tiempo medido en segundos
3.1.5 Potencia eléctrica
La potencia es la energía consumida en la unidad de tiempo. La unidad de
potencia es el vatio (W). La potencia disipada en un conductor o dispositivo
eléctrico, dotado de una cierta resistencia R, podemos deducirla de la siguiente
expresión:
= = ∗
Dónde:
P es la potencia electrica expresada en vatios (W)
T es la energía en Joules (J)
t es el tiempo en segundos (s)
R es la resistencia en ohmios (Ω)
3.1.6 Densidad de corriente
La densidad de corriente es la relación existente entre la cantidad de
corriente eléctrica que atraviesa un cuerpo y su sección geométrica. Se mide en:
La densidad eléctrica viene dada por la siguiente expresión:
=
Dónde:
J es la densidad de corriente eléctrica expresada en
I es la intensidad eléctrica en amperios (A)
S es la sección del cuerpo en
3.2 AUTOMATIZACION
Desde el inicio de los tiempos los seres humanos aplicaron su ingenio en la
invención y el desarrollo de máquinas que les permitieran mitigar el esfuerzo
físico ocasionado en sus labores diarias. Estas máquinas se componían de un
conjunto de piezas o elementos que permitían, a partir de la aplicación de una
cierta energía, transformarla o restituirla en otra más adecuada o, bien, producir un
determinado trabajo o efecto.
Más tarde llego la necesidad de construir mecanismos capaces de ejecutar
tareas repetitivas y de controlar determinadas operaciones, sin la intervención de
En la actualidad debemos comprender el concepto de automatización
como el proceso de diseño, realización y/o explotación de sistemas que emplean y
combinan la capacidad de las máquinas para realizar tareas y controlar secuencias
de operaciones sin la intervención humana.
La automatización combina la aplicación conjunta de la tecnología
eléctrica, electrónica, neumática, hidráulica, y/o mecánica para transformar su
gran número de procesos de fabricación. Su difusión en el campo de la industria
contribuye a disminuir los costes de producción, elimina el trabajo monótono y
reclama grandes inversiones de capital ya sea para nuevas instalaciones o los
mismos sistemas a implementar, además de la preparación de técnicos altamente
especializados.
3.2.1 Aplicaciones de la automatización
La implementación de sistemas automáticos no solo tiene lugar en el
sector industrial. En la actualidad se localiza de forma significativa en
sectores tan importantes como el de la agricultura, la domótica, el
comercio, etc. Algunos ejemplos son:
• Industria: Sistemas para el control de producción y fabricación,
plantas manufactureras, plantas automatizadas, sistemas de retirada
de desechos tóxicos, sistemas de control y monitoreo, etc.
• Agricultura, ganadería y pesca: Sistemas para el control de
invernaderos, sistemas automáticos de riego, de clasificación y
• Servicios básicos: Sistemas de agua y canalización, estaciones de
alimentación eléctrica, sistemas de monitoreo de emergencias y
alertas, control de inundaciones y desastres, sistemas de monitoreo
mediante satélites, etc.
• Domótica: Sistemas para el control del clima, hornos microondas,
contestadores automáticos, sistemas de seguridad, etc.
• Transporte: Sistemas de control y señalización de tráfico,
sistemas de radar, controles de iluminación urbana, máquinas
expendedoras de billetes, etc.
3.2.2 Elementos que forman un sistema automático
Básicamente los elementos que forman un sistema automatizado son los
siguientes:
• Maquina o planta: Es el elemento principal del control
automático. Puede estar constituido por un único aparato, (motor
eléctrico, bomba hidráulica, compresor, maquinaria en general,
etc.) o por un conjunto de dispositivos dispuestos en planta con
una finalidad concreta.
• Fuente de energía: Es el medio empleado para realizar el control.
En los automatismos este medio lo constituye la energía eléctrica
aplicada en sus distintas formas, ya sea en corriente continua en
elementos de control (por lo general) o corriente alterna para
alimentaciones y accionamientos.
• Controlador: Es el dispositivo encargado de establecer el criterio
por parte del técnico programador en conjunto con su equipo de
desarrollo. Este criterio es quien ordena que la máquina, planta o
proceso funcione en las condiciones previstas anteriormente.
• Actuador: Es el dispositivo utilizado para modificar la aportación
de energía que se suministra a la maquina o a la planta. Hallamos
actuadores típicamente utilizados en los sistemas de control, tales
como, reles, contactores, electroválvulas, cilindros neumáticos,
etc.
• Sensor: Es el elemento empleado para medir la magnitud de la
variable que nos interesa controlar. Adquiere o detecta el nivel del
parámetro objeto de control y envía la correspondiente señal ya sea
análoga o digital.
• Operador: Es el conjunto de elementos de mando y señalización
que facilita el intercambio de información entre personas y los
sistemas automáticos, para modificar o corregir las condiciones de
actuación de la máquina, planta o proceso en cuestión.
3.3 LAS SEÑALES
Con Frecuencia aparece la palabra señal para describir la información que
se intercambia entre dispositivos eléctricos. Sin embargo se debe definir como
señal a cualquier evento que proporcione información. En el área de la
automatización la señal se manifiesta por medio de alguna variable eléctrica,
estas variables pueden ser interpretadas y utilizadas para un fin específico, ya sea
controlar la variable directamente o tomar decisiones dentro del proceso.
3.3.1 Señales análogas y digitales
Las señales pueden ser calcificadas en 2 grupos bastantes definidos y
diferenciados entre si, los cuales son:
• Señal análoga: Es aquella evoluciona de forma continua en el
tiempo, es decir su forma varía de forma gradual.
• Señal digital: es aquella que únicamente puede adquirir 2 estados;
los cuales son alto y bajo o 0 y 1. Por lo general el estado “1” o
“alto” es utilizado para indicar la presencia de algún evento, es
decir, indica la presencia de alguna magnitud eléctrica y por el
contrario una señal de “0” o “bajo” es utilizada por lo general para
indicar la ausencia de tal evento.
3.4 SISTEMAS DE CONTROL
Un sistema de control es un conjunto de elementos eléctricos, mecánicos,
electrónicos, neumáticos y/o hidráulicos que se utilizan en conjunto para lograr un
objetivo deseado. Para tener la denominación de sistema de control este debe
contar con a lo menos 3 elementos básicos en su construcción. Los cuales son, una
variable a controlar, un actuador y una referencia.
Figura 3.4-1. Sistema de control
3.4.1 Sistema de control de lazo abierto
Un sistema de lazo abierto es aquel que no recibe ninguna
retroalimentación o información de la variable que está controlando. Este tipo de
control es utilizado cuando la variable es predecible y tiene un amplio margen de
error ya que es posible calcular el tiempo y las veces que el ciclo debe ser repetido
• Elemento de control: Se encarga de tomar una decisión con
respecto a la señal de entrada y procesarla para enviarla al
elemento de corrección
• Elemento de corrección: Es el encargado de producir un cambio
en el proceso, por lo general está referido al actuador, ya que tiene
la posibilidad de hacer cambios físicos en el proceso.
• Proceso: También conocido como planta y tiene todas las
características de este, por ejemplo cuanto tiempo tarda el ciclo
completo o cuantas veces es necesario repetir el ciclo etc.
3.4.2 Sistema de control de lazo cerrado
Sistema de control más completo ya que recibe retroalimentación o
información desde la variable controlada. Esto se consigue mediante la
instrumentación de campo, los cuales son los encargadas de recopilar información
y así poder incidir de manera directa en el proceso.
Este tipo de sistemas de control está constituido por los siguientes
elementos:
• Elemento de comparación: Recibe información de
retroalimentación acerca de los cambios que va sufriendo el
proceso, y genera una señal de error, entre el estado actual de la
variable y el valor de referencia. Esta diferencia se envía
nuevamente al controlador y de este modo es posible tomar una
nueva decisión para llegar al valor deseado.
• Elementos de medición: Por lo general son sensores que se
encargan de tomar la información del sistema y la retroalimentan al
comparador.
3.5 CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES
3.5.1 Definition y características principales
Un controlador lógico programable o más conocido por sus siglas en
ingles PLC es básicamente una computadora, la cual es utilizada en ingeniería
para automatizar procesos de diferente índole.
El campo de aplicación de los PLC es muy amplio y abarca diversas disciplinas
tales como, automatización, construcción, líneas de ensamble, etc. A diferencia de
una computadora convencional el PLC está diseñado para soportar diversas
señales de entrada y salida, amplios rangos de temperatura, resistencia al ruido
eléctrico entre otras. Este tipo de controladores son claros ejemplos de sistemas de
tiempo real duro donde los resultados de salidas deben ser en respuesta a las
condiciones de entrada dentro de un tiempo limitado, de lo contrario no se
producirá el resultado esperado.
Dentro de sus ventajas es posible mencionar que gracias a ellos es posible
realizar operaciones en tiempo real, debido a su disminuido tiempo de reacción.
Además son dispositivos capaces de adaptarse fácilmente a nuevas tareas ya que
son muy flexibles a la hora de programarlos. De este modo es posible reducir
3.5.2 BREVE HISTORIA
Desde el comienzo de la industrialización el hombre a buscado como hacer
que los trabajos sean realizados de forma más ágil y menos tediosa. En este
proceso los controladores lógicos programables han sido un factor clave en este
proceso, puesto que permiten que ciertas tareas se realicen de forma más rápida y
que el hombre no deba arriesgar su integridad física en labores de alta demanda
física o peligrosas. Hoy en día estos elementos de control tienen presencia en no
solo en la industria sino también en elementos cotidianos como semáforos, gestión
de iluminación, puertas automáticas, e incluso en el hogar de las personas con la
llegada de la domótica,
En sus inicios apareció según los requerimientos de los fabricantes de
automóviles, quienes constantemente cambiaban constantemente los sistemas de
control en las líneas de producción, de tal modo que necesitaban una manera más
barata y rápida de realizar estos cambios. De este modo en 1968 aparecieron los
primeros PLC de manos de la compañía americana Bedford asociados surge el
primer controlador modular “MODICON” (controlador, modular, digital). Las
características que se buscaban era que debían ser fácilmente programables por los
ingenieros de planta o personal de mantenimiento, su tiempo de vida debía ser alto
y los cambios de programa tendrían que poder modificarse de manera sencilla.
En 1973 aparecieron los primeros PLC con posibilidad de comunicación
Modbus. De este modo los controladores podían comunicarse entre ellos y además
podían situarse lejos de los elementos que iban a controlar y así también fue
posible la integración de nuevas funciones como cálculos matemáticos,
manipulación de datos, elementos de comunicación hombre máquina, etc. sados
en el mismo fenómeno que los motores de corriente continua, el principio de
funcionamiento de los motores paso a paso es más sencillo que cualquier otro tipo
de motor eléctrico. Más adelante por la década de los 80 fue posible la ampliación
de memoria, la posibilidad de incorporar módulos de entradas y salidas remotas,
Hoy en día, la tendencia es dotar al PLC de funciones específicas y canales
de comunicación para que puedan comunicarse entre sí y con ordenadores,
creando así redes de ordenadores.
3.5.3 ESTRUCTURA DE LOS PLC
Figura 3.5-3. Estructura interna de un plc.
Como puede observarse en la figura para asegurar el funcionamiento de
los controladores es necesario un suministro de energía, cuyo propósito es
garantizar el correcto funcionamiento. Los valores más utilizados son
±5 , ±12 , ±24 .
Luego está la unidad principal, el cerebro del controlador y es la CPU,
“unidad de procesamiento central” que tiene la parte de procesamiento del
controlador y está basada en un microcontrolador que permite utilizar lógica para
realizar distintas funciones.
Las memorias es donde se almacena la información, como el programa, y
también la información instantánea.
Las entradas y salidas son aquellos módulos que coordinan dichas señales
externas con las internas. Estas señales pueden ser análogas o digitales.
3.5.4 COMPONENTES DE HARDWARE
Figura 3.5-4. Organization modular PLC S7-300 de Siemens.
Como puede observarse en la imagen se tiene la fuente de poder (PS) la
CPU, módulos de entrada y salida, tanto análogos como digitales, módulo de
posicionamiento, módulo de interfaz y comunicaciones.
3.5.5 VENTAJAS DEL AUTOMATA PRGRAMABLE
• Mínimo espacio de ocupación
• Menor costo de mano de obra en la instalación
• Posibilidad de gobernar varias máquinas con un solo PLC • Menor tiempo de puesta en servicio
• Posibilidad de reutilizarlos sin muchas modificaciones en terreno.
Como desventaja se podría considerar el alto costo inicial a la hora de
adquirir estos equipos sin embargo el retorno de capital no es un plazo tan grande
además hoy día la gama de productos es muy amplia. Otro punto a considerar es
3.5.6 CAMPOS DE APLICACIÓN
Debido a sus características este aparato tiene un campo de aplicación
muy extenso, principalmente es utilizado en maniobras, donde se requiere,
control, señalización, etc. Por lo tanto es empleado en procesos industriales de
fabricación, transformación, control de instalaciones, etc. Debido a sus
características y ventajas resulta imprescindible en procesos que presenten
necesidades como:
• Espacios reducidos
• Procesos de producción periódica constante • Procesos secuenciales
• Maquinaria de procesos variables • Maniobra de maquinas
• Chequeo de programas
• Señalización de estados o procesos • Maniobras de instalaciones
3.5.7 MODOS DE FUNCIONAMIENTO
Los autómatas son máquinas de tipo secuencial que ejecutan de forma
correlativa las instrucciones de forma designada en el programa cargado en la
memoria, generando ordenes o señales de mano a partir de las señales de entrada,
es decir cuando el autómata registra cambios en las señales de entrada este
reacciona según la programación hasta obtener la señal requerida en la salida para
conseguir el valor deseado en el proceso.
La secuencia general podría dividirse en 3 etapas, lectura de señales,
3.5.8 CICLO DE FUNCIONAMIENTO
Las instrucciones se realizan una tras otras y se ejecutan en un ciclo
continuo. Este ciclo puede dividirse en 2 etapas, donde se presenta el proceso
inicial y el ciclo de operación.
El autómata lee entradas, ejecuta el programa, efectúa un auto diagnóstico
y posteriormente escribe las salidas.
Figura 3.5-1. Ciclo de trabajo
La imagen muestra como el ciclo de funcionamiento se ejecuta, siendo la
secuencia de operaciones la que se ejecuta de manera indefinida mientras haya
CAPITULO 4 EVALUACION TECNICA
4.1 DESCRIPCION DE LOS MATERIALES Y COMPONENTES A UTILIZAR
4.1.1 TRANPORTADORES
Figura 4.1-1. Diseño transportador
La estructura de los transportadores se realizara en acero inoxidable y el
4.1.2 EQUIPOS DE TRACCION
Figura 4.1-2. Moto reducto SEW (imagen referencial)
La transmisión mecánica será provista por moto reductores de la marca Sew,
acoplados a la estructura por uniones cónicas.
El control de velocidad lineal de los transportadores estará a cargo de
variadores de frecuencia marca Siemens, de este modo será posible regular y
parametrizar los rangos de velocidades que sean requeridos por el sistema.
4.1.4 CINTAS TRANSPORTADORAS
Figura 4.1-4. Cintas transportadoras
Los transportadores se fabricaran mediante cintas de tipo vertebradas y
todo lo necesario para su correcto ensamble, guías, pasadores, sprocket, soportes
4.1.5 SISTEMAS DE RETENCION
Figura 4.1-5. Actuador neumático para retención
El mecanismo de retención de rollos será fabricado en un material acorde
al proceso, con el fin de mantener la inocuidad del producto. Es decir acero
inoxidable. Y el accionamiento será mediante actuadores neumáticos, esto por la
4.1.6 ESTACIONES DE CORTE.
Figura 4.1-6. Servo motor con su controlador (Drive)
Servo motor y drive de la marca delta, dentro de sus ventajas está el bajo
coste, sencillo de implementar y parametrizar, además como es sabido los servo
motores tienen la capacidad de trabajar en altas RPM y bajo torque. El modelo
seleccionado es el Asda-b2 con una potencia de 400W.
4.1.7 DISCOS DE CORTE
4.1.8 SENSORES
Figura 4.1-8. Fotoeléctrico de proximidad.
La instrumentación queda en las manos de SICK y serán del tipo
fotoeléctrico difuso, supresor de fondo. Y serán utilizados para determinar en qué
parte de la maquina se encuentran los rollos. Por lo tanto a lo largo de cada línea o
ramal estarán estos instrumentos.
Figura 4.1-8. Sensor de tipo inductivo.
Sensores inductivos serán provistos en la máquina para la detección de
4.1.9 CIERRE PERIMETRAL
Figura 4.1-9. Cierre perimetral máquina perforadora.
El sistema de seguridad contara con el medio físico de un cierre perimetral
con 2 puertas de acceso. Al abrirse cualquiera de las 2 una señal será enviada al
relé de seguridad quien a su vez envía señal al PLC, quien finalmente detiene el
control de la máquina y por ende esta deja de funcionar hasta que el sistema sea
4.2 DESCRIPCION DEL PRODUCTO A MANIPULAR
Tabla 4.2-1. Formato rollos de papel
Formato rollos
papel
Diámetro ext.
Aprox. mm
Diámetro ext.
Estándar. mm
Diámetro int.
mm
Alto del rollo.
mm
Rollo papel 160
Mt
156-162 159 45-48 200
Rollo papel 280
Mt
202-215 207 45-48 200
Rollo papel 160
Mt
202-215 207 45-48 200
4.3 DESCRIPCION CONTROL DEL SISTEMA
El control contara con un plc de arquitectura Siemens el cual permitirá
controlar de manera eficiente la operación de mecanismos, actuadores,
transportadores de cadena, etc. El PLC seleccionado en este caso es de la gama
1500, en específico el modelo 1511-pn, Si bien es el más básico dentro de su
categoría es suficiente para lo que requiere procesar el sistema. En cuanto a las
E/S el sistema requiere un total de 64 entradas y 64 salidas para ellos fueron
adquiridos 2 módulos de 32 entradas y 2 módulos de 32 salidas.
En aspectos generales la lógica es la siguiente:
• Sensor detecta rollo en la entrada del sistema
• Rollo avanza hasta desviador, según disponibilidad de ramal este se
desvía o continua derecho
• Rollo es detectado en entrada estación de corte ramal A o B, si las
estaciones están ocupadas el rollo queda detenido, de lo contrario
avanza.
• Rollo es posicionado en estación de corte
• Rollo es perforado y limpiado
• Rollo sale a las estaciones de corte, y de ser necesario es retenido
en la salida de la cinta transportadora, esto último solo en caso de
que haya algún atasco en la salida.
• Rollo sale y entra a empalme con cintas transportadoras maquina
4.3.1 VARIABLES A CONTROLAR POR PARTE DEL PLC
• Sensores de detección de rollos dentro del sistema
• Sensores de posición del sistema de bloqueo
• Sensores inductivos para poción de mecanismos
• Comunicación con servomotores (estados)
• Comunicación y control de los variadores de frecuencia
• Comunicación con pantalla de operador
• Señales de emergencia (alarmas, paradas, fallos, etc.)
• Control de electroválvulas neumáticas y actuadores.
4.3.2 INTERFAZ HOMBRE MAQUINA
Figura 4.3-2. HMI Siemens Ktp 700, basic
El sistema contara con la inclusión de un panel para el operador, quien
podrá interactuar directamente con la maquina pudiendo modificar parámetros,
cambiar de formatos, habilitar o deshabilitar estaciones, además de otras
4.4 PARAMETRIZACION Y CONEXIONADO DRIVES Y SERVO MOTORES
4.4.1 CONECTORES
4.4.1.1 Conector CN2
4.4.1.2 Conector CN1 .
Figura 4.4-2. Conector CN1, interfaz de entradas y salidas del drive.
Este Conector provee acceso a 3 grupos de señales :
• Interfaz general, control de torque y velocidad análoga, pulsos,
PWM, y voltajes de referencias.
• 8 entradas digitales pueden ser programadas a través de parámetros
P2-10/P2-17
4.4.2 MODO DE FUNCIONAMIENTO
4.4.3 PARAMETRIACION
Figura 4.4-5.Funcionamiento manual a través del JOG.
Una ves conectado y alimentado lo primero es realizar una prueba
mediante partida manual, de este modo es posible verificar que esten correctas
todas las conexiones tanto de fuerza como de comunicación.
Para ellos los pasaos son los siguientes:
• P2-30 = 1 (elimina alarma)
• P4-05= X, donde X es la velocidad a la que se requiere realizar la
• Una ves realizados los pasos anterior es posible realizar la partida
mediante las flechas que se encuentran en el display.
Figura 4.4-6. Display Drives.
4.4.3.1 Implementación control de velocidad
Una vez comprobado el funcionamiento manual es el turno de dar
funcionamiento automático a los equipos, de este modo será el PLC a través de
sus salidas quien activara o detendrá el funcionamiento de estos equipos. Para
ellos es necesario realizar los siguientes pasos
• Setear P1-01 a 2, esto indicara que se trabajara con control por
velocidad.
• P2-10 a 101 activa la señal “Servo on” que es una entrada digital del
conector CN1, específicamente la DI9
• P2-11 a 109 esto activara el límite de torque
• P2-12 a 114 activara el comando de velocidad 0 a través de la entrada
digital 34
• P2-13 a 115 activara el comando de velocidad 1 a través de la entrada
• P2-14 a 102 activara el comando ARST que es un reset del sistema en
caso que una alarma o fallo se dispare. Entrada digital 33
• P2-15 a 0 deshabilita alarmas
• P2-16 a 0 deshabilita alarmas
• P2-17 a 0 deshabilita alarmas
• P2-36 a 0 deshabilita alarmas
Una vez habilitados y deshabilitados los parámetros anteriores toca setear los
comandos de velocidad deseada para el funcionamiento del equipo, para ellos es
necesario setear los siguientes parámetros.
• P1-09 entre -50000/50000
• P1-10 entre -50000/50000
• P1-11 entre -50000/50000
Cabe destacar que la velocidad final de funcionamiento seria la seteada divido
por 10 es decir que si se setea el valor 30000, la velocidad de trabajo será de 3000
4.5 BLOQUES PROGRAMA PLC
4.5.1 BLOQUES VDF
Figura 4.5-1. Bloque normal y escalamiento.
El bloque normal es utilizado para llevar los valores análogos a formato real y poder trabajar con números tales como 5,7 o 10 por poner un ejemplo.
Figura 4.5-2. Si no hay fallo VDF está listo para partida.
Figura 4.5-4. Guarda fallos del VDF para mostrarlos en pantalla.
4.5.2 BLOQUES PARADA DE EMERGENCIA
Se libera la válvula de alivio del sistema y los componentes neumáticos
quedan fuera de funcionamiento (sin aire).
Figura 4.5-6. Sistema seguridad VDF.
Este bloque permite botar el control de los variadores de frecuencia
dejándolos deshabilitados por lo tanto los motor reductores quedan fuera de
Figura 4.5-7. Sistema seguridad Drives
Al Activarse la parada o puerta abierta todos los drives pasan a estado
4.5.3 BLOQUES PARA FORMATO PASO LIBRE
Figura 4.5-8.sistema para paso libre.
En este modo de funcionamiento los rollos pasan libremente sin ser
cortados en las estaciones perforadoras. El control solamente habilita las cintas
transportadoras y el resto del sistema queda esperando hasta que se desactive el
4.5.4 BLOQUES INTERLOCK
Figura 4.5-9. Interlock cinta salida
El interlock es un contacto entre la maquina cortadora de tubetes y la
próxima, de este modo y mediante un contacto seco las maquinas pueden estar
intercomunicadas. Si se genera un atasco la maquina se detiene y no siguen
4.6 PANTALLA DE OPERADOR
Figura 4.6-1. Forzar control neumático.
La idea de poder forzar las actuadores es básicamente para verificar que
todo trabaje según lo esperado, revisar que no hayan líneas bloqueadas y que las
Figura 4.6-2. Control general de maquina
En esta pantalla el operador tiene acceso al control general de la maquina,
activar o desactivar el paso libre, activar o desactivar bloques, visualizar alarmas
Figura 4.6-3. Reseteo drives desde pantalla
Los drives (control de servo motores) pueden ser reseteados a desde la
pantalla. En caso de que estos presenten una falla o alarma por sobre carga, sobre
Figura 4.6-4. Test señales
Se implementó una pantalla para realizar un “testeo” de señales, con el fin
4.7 RED DE ELEMENTOS
Figura 4.7-1. Red de elementos Profinet
Los dispositivos se conectan a su maestro (PLC) mediante un Switch, para
ello a cada uno se le asigna una IP propia strucción del tablero de control hizo
necesario investigar el procedimiento adecuado para combinar tecnologías de tipo
software y hardware de distintos fabricantes, generando un resultado óptimo en el
CAPÍTULO 5
5.1 CONCLUSIÓN GENERAL
Este proyecto fue implementado en CPMCP planta Talagante, el cual se
encuentra operativo y en producción hoy en dia. Puesto que existe una propiedad
intelectual del proyecto el presente trabajo de titulo no posee toda la información
de cálculos y/o bloques de programa.
Realizar proyectos a medida es siempre un desafío puesto que sobre la
marcha van surgiendo diferentes complicaciones, tanto de logística, criterios de
construcción, o problemas con el cumplimiento de tiempos. Debido a lo anterior
es que se requiere una planificación adecuada y un levantamiento técnico como
corresponde con el fin de no tener problemas a futuro.
Cabe destacar que fue efectiva la producción, se consiguió llegar al
número requerido de 60 rollos por minuto, pero la máquina de entrega solo es
capaz de surtir 36 rollos por minuto, por lo tanto el sistema en cuestión trabaja de
manera holgada.
En diciembre del presente año la maquina cumple 1 año en
funcionamiento y no a presentado mayores inconvenientes, pero como es un
prototipo se han implementado ciertas mejoras, sobre todo en las cintas
transportadoras y en la aspiración de residuos producto del corte.
5.2 BIBLIOGRAFÍA
1 http://www.acontrol.com.pl/uploads/pdf/instrukcje/ASDA-B2-user-guide.pdf
2 https://cache.industry.siemens.com/dl/files/691/99683691/att_77844/v1/G120_C
U230P-2_List_Manual_LH9_0414_esp.pdf
3 Automatismos electricos e industriales Jose Luis Duran, Herminio
Martinez, Juan Gamiz, Joan Domingo. (2003). instalaciones electricas y
automatismos
4 http://isa.uniovi.es/~vsuarez/Download/MaterialApoyoPracticas/01_Introduccion_
al_laboratorio.pdf
5
http://eet602ei.blogspot.com/2012/05/sistemas-de-control-lazo-abiertocerrado.html
6 http://www.ieec.uned.es/investigacion/Dipseil/PAC/archivos/Informacion_de_refer encia_ISE6_1_1.pdf
7 https://reportedigital.com/iot/controlador-logico-programable-plc/
ANEXOS