MAQUINA CORTADORA DE TUBETES

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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

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UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA

SEDE CONCEPCION REY BALDUINO DE BELGICA CONCEPCIÓN

MAQUINA CORTADORA DE TUBETES

SEBASTIAN VILCHES DE CELIS

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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.

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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.

(5)

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.

(6)

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

(7)

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

(8)

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

(9)

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

(10)

ÍNDICE DE TABLAS

(11)

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

(12)

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.

(13)

• 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.

.

(14)

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

(15)

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

(16)

• 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

(17)

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,

(18)

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

(19)

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.

(20)

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

(21)

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

(22)

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)

(23)

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

(24)

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

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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

(26)

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,

(27)

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.

(28)

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

(29)

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.

(30)

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.

(31)

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

(32)

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,

(33)

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.

(34)

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

(35)

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,

(36)

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

(37)

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

(38)

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.

(39)

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

(40)

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

(41)

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

(42)

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

(43)

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

(44)

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

(45)

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

(46)

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.

(47)

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

(48)

4.4 PARAMETRIZACION Y CONEXIONADO DRIVES Y SERVO MOTORES

4.4.1 CONECTORES

4.4.1.1 Conector CN2

(49)

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

(50)
(51)

4.4.2 MODO DE FUNCIONAMIENTO

(52)

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

(53)

• 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

(54)

• 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

(55)

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.

(56)

Figura 4.5-2. Si no hay fallo VDF está listo para partida.

(57)

Figura 4.5-4. Guarda fallos del VDF para mostrarlos en pantalla.

4.5.2 BLOQUES PARADA DE EMERGENCIA

(58)

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

(59)

Figura 4.5-7. Sistema seguridad Drives

Al Activarse la parada o puerta abierta todos los drives pasan a estado

(60)

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

(61)

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

(62)

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

(63)

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

(64)

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

(65)

Figura 4.6-4. Test señales

Se implementó una pantalla para realizar un “testeo” de señales, con el fin

(66)

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

(67)

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.

(68)

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/

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ANEXOS

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Figure

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Referencias