Automatización e implementación de un proceso de manufactura de platos

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(1)AUTOMATIZACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROCESO DE MANUFACTURA DE PLATOS. ANDRES FEDERICO TOCASUCKYL RAMIREZ. Trabajo presentado como requisito para optar el título de Ingeniero electrónico Asesor: Ingeniero José Fernando Jiménez, Ph.D. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA BOGOTÁ D.C. 2005.

(2) CONTENIDO. RESUMEN 1. INTRODUCCIÓN 2. ANTECEDENTES 3. CARACTERÍSTICAS DEL PROTOTIPO 3.1 Datos eléctricos y neumáticos 3.2 Datos Mecánicos 3.3 Pruebas 3.4 Descripción y planos 3.4.1 Mecánica 3.4.2 Electro-neumática 3.5 Descripción de materiales 3.6 Equipos y accesorios 3.7 Control y cableado 3.8 Indicaciones de transporte 3.9 Puesta en Servicio y Mantenimiento 4. AUTOMATIZACIÓN DEL PROTOTIPO 3.1 Tecnología usada para la implementación del sistema de control 3.1.1 Software 3.1.2 Hardware 3.2 Diseño (Guía Gemma) 3.3 Programación 5. DOCUMENTACIÓN 6. CONCLUSIONES 7. ANEXOS 8. BIBLIOGRAFIA.

(3) RESUMEN El aprendizaje de automatización de procesos industriales es parte fundamental del desarrollo de las capacidades de cualquier estudiante de ing. Electrónica, en la actualidad, en la universidad de los Andes estos procesos educativos de control secuencial no son culminados en su totalidad por falta de herramientas posteriores a la etapa de simulación. Por este motivo “Automatización e implementación de un proceso de manufactura de platos” por medio de un prototipo educativo contribuye para que estudiantes de futuros semestres tengan la posibilidad de probar sus diseños elaborados en cualquier herramienta de automatización sobre una realidad “Automatización e implementación de un proceso de manufactura de platos” pretende diseñar, implementar, adaptar y llevar a cabo un modelo del funcionamiento secuencial de un proceso de manufactura de platos tomando como base fundamental el modelo realizado por Jean Pierre Taron, Jean Paul Hautier y Pierre Jean Barre [1] y teniendo como resultado final un prototipo educativo que podrá ser utilizado por futuras generaciones interesadas en materias del área de automatización y control secuencial. Este prototipo servirá como base para el aprendizaje de autómatas y control secuencial de estudiantes de esta área. . El diseño de un prototipo mecánico basado en instrumentos electro-neumáticos se convierte de en una excelente herramienta para el desarrollo de la habilidad en el área de control secuencial de estudiantes de futuros semestres..

(4) El proyecto consiste en un sistema secuencial automático que debe funcionar de la siguiente manera: El proceso comienza con el llenado manual de un molde o bizcocho de arcilla. Luego de llevado a cabo este proceso, el plato y su molde son colocados sobre un transportador automático principal por un operador y el conjunto (molde y plato) pasa por un túnel de secado. A la salida del secado, se saca el grupo (plato + molde) inmediatamente por un sistema de transporte y se deposita sobre un carrusel y posteriormente se separa manualmente el molde del plato manualmente, siendo luegos colocado cerca del horno de cocción, donde se decora y esmalta para ser cocido por segunda vez. [1] Teniendo en cuenta todo el proceso anterior y partiendo de la existencia de algunos estudios e implementaciones electro-mecánicas existentes de la parte de transferencia de platos, se diseñó, desarrolló y concretó la implementación completa de todo el sistema automático para lograr ponerlo en total funcionamiento facilitando la adquisición de conocimiento a nivel de formación académica y, porque no, en un futuro al crecimiento del sector industrial..

(5) 1. INTRODUCCION En este proyecto de grado se muestra la naturaleza, los antecedentes, la motivación, el alcance, la contribución, los objetivos, la metodología, el diseño y en general todos los resultados obtenidos durante el desarrollo de un prototipo educativo basado en la automatización e implementación de un proceso sencillo de transporte de platos. Debido a que los resultados principales del trabajo se ven reflejados en los planos, programaciones secuenciales, etc. este documento contiene algunos anexos y documentaciones adicionales que se van mencionando durante el desarrollo del documento. Para el mejor entendimiento de todos los materiales y procesos utilizados en cada uno de los puntos tratados durante este documento se explica la parte fundamental y teórica de estos en cada uno de los mismos. El documento en general se divide en dos puntos importantes que están basados en la parte de diseño (estructura general). “Automatización e implementación de un proceso de manufactura de platos” es un prototipo electro-neumático basado en cilindros y ventosas según diseño de Jean Piere Taron, que busca mediante un método sencillo lograr que cualquier estudiante que este realizando un ejercicio de automatización pueda corroborar que el resultado obtenido en las simulaciones sea claramente el mismo cuando lo implemente sobre una realidad. El prototipo final fue probado usando un control secuencial montado sobre un PLC Siemens y usando como software Simatic S7 Graph. Todo este proceso de control y programación secuencial esta claramente explicado durante el.

(6) desarrollo de este documento, así como el sistema de implementación el cual giró entorno a una metodología basada en la guía gemma.

(7) 2. ANTECEDENTES Durante semestres anteriores existieron algunos prototipos de implementación para este proyecto que desarrollaron estudiantes de anteriores semestres interesados en el área de control secuencial [2], pero siempre se quedaron en pequeños planos o estructuras sin fundamentación. Teniendo como base todas las anteriores investigaciones el proyecto tomó un rumbo definitivo obteniendo como resultado un prototipo completo que aunque podría ser en un futuro complementado con otro proyecto en este momento es completamente funcional y puede ser puesto en funcionamiento o en su defecto en exhibición..

(8) 3. CARACTERISTICAS DEL PROTOTIPO 3.1 Datos eléctricos y neumáticos Tensión general de alimentación de la maquina. Incluyendo alimentación del compresor, PLC, y motor del plato principal: 110VAC Frecuencia general de alimentación de la maquina. Incluyendo alimentación del compresor, PLC, y motor del plato principal: 60Hz Tensión de alimentación al sistema central de electroválvulas: 24VDC Potencia necesaria para alimentar el sistema central de electroválvulas: 3W Presión necesaria del compresor de aire para movilizar todo el sistema de cilindros y ventosas: 110PSI Alimentación del tablero de control: 24VDC 3.2 Datos mecánicos Peso total: 130Kg Peso compresor: 40Kg Peso tablero de mando: 2Kg Peso PLC: 6Kg Peso estructura principal maquina: 82Kg.

(9) Altura: 1.7m Ancho: 1.1m Fondo: 0,8m. Figura 1. Dimensiones. 3.3 Pruebas Una vez terminado el prototipo de la maquina fueron probadas cada una de las partes con el objetivo de demostrar el buen funcionamiento del producto final los resultados fueron los siguientes:.

(10) Motor encargado de rotar el plato principal: Conectado a 110V llego a una velocidad de 20 rpm sin ningún peso. Colocando un peso de 5Kg (peso supuesto de diez moldes con su respectivo plato) sobre el disco desarrollo 15rpm Compresor: En su máxima carga llego a 120,00 libras de presión Tablero de mando y cableado: Mostraron una capacidad máxima de conducción de 5W la cual es suficiente ya que el rango máximo que se necesita es de 3W Ventosas, cilindros y sensores de fin de carrera: Conectados a tierra y enviando señales 24VDC mostraron un tiempo de retardo en respuesta de 100ms. Sensor de proximidad: Con 24VDC obtuvo un retardo en respuesta de 0.5s 3.4 Descripción y planos 3.4.1 Mecánica El diseño mecánico del sistema se realizo en SolidEdge debido a que es una herramienta que permite el diseño en 3D logrando una mejor visualización del sistema con el objetivo de que la construcción e implementación final del sistema sea todo un éxito. Teniendo como base la estructura existente se realizaron los planos de rediseño con el objetivo de cuadrar medidas y posteriormente arreglar y montar físicamente la estructura final. Sobre los planos iniciales se realizaron cambios.

(11) en el transcurso del proyecto hasta llegar a los planos finales de estructura y dimensiones generales en los que se encuentra todo el detalle de la estructura de este prototipo educativo. En total son siete (8) planos que se dividen en todos los diferentes perfiles de la maquina y un (1) plano de dimensiones generales. El plano de dimensiones generales tiene referenciados a cada uno de los planos de los materiales que así lo requieren (cilindros, ventosas, etc). Ver Anexo 1.. Figura 2. Versión preliminar del prototipo. Figura 3. Esquema general.

(12) 3.4.2 Electro- neumática Con el objetivo de entender el funcionamiento del conjunto electrovalvulas cilindro e ir estructurando la secuencia final sobre la que trabajara el sistema en modo de producción estándar existe la siguiente simulación en FluidSym (Programa de Festo) de la secuencia del sistema usando relees y un control netamente eléctrico obteniendo así una estructura básica del control electroneumático [4]. Figura 3. Esquema electro neumático. 3.5 Descripción de materiales. Estructura metálica: Esta es una estructura sólida tipo jaula la cual soporta todo el resto del sistema, dentro de esta estructura esta incluido un tubo central el cual.

(13) sirve de centro para el disco central que gira sirviendo de banda transportadora . Ver Anexo 1 – Plano 002 Cilindros neumáticos: Funcionan con presión de aire y tienen dos posiciones, su ubicación depende el aire con el que se controle. En este prototipo son utilizados dos cilindros de carrera marca Mindman y uno de giro marca Phd. Para ver información técnica del proveedor ver Anexo 2.. Figura 4. Cilindros neumáticos. Deslizadores: Pertenecen a la familia de los cilindros neumáticos pero poseen un estructura mas sólida. Un deslizador marca Phd es utilizado para este proyecto. Para información técnica ver Anexo2. Figura 4. Deslizador.

(14) Ventosas: Las ventosas son dispositivos que funcionan con presión de aire pero estas de encargan de succionar o no elementos por medio de vacío. Su naturaleza es ser un elemento de agarre. En el caso de este proyecto serán utilizadas para sostener el plato. Se utilizaran dos de este prototipo en el montaje final. Ver anexo 2. Figura 4. Ventosa. Sensores fin de carrera: Son de carácter magnético y determinan cual es la posición del pistón dentro del cilindro neumático anunciando cuando hay fin de carrera en el pistón. Ver Anexo 2 Electrovalvulas: Están encargadas de proporcionar o no presión de aire a cada uno de los sensores dependiendo si están activadas o no. La activación y desactivación de las electrovalvulas se realiza por medio de señales eléctricas las cuales son enviadas desde el sistema de control diseñado. Información técnica ver Anexo2. Figura 4. Electroválvula.

(15) Motor: Encargado de hacer girar el disco principal sirviendo de transportadora del molde + plato. Solamente gira en un solo sentido y posee velocidad constante es alimentado por un voltaje de 110VAC Relé_Motor: Debido a que el motor anteriormente mencionado funciona con 120VAC es necesario utilizar un relé de control con el objetivo de poder controlar dicho motor con señal de 24 VDC este relé se puede configurar Manguera: Manguera de ¼ en PVC según los racores utilizados por las electroválvulas, ventosas y cilindros Cableado: Según potencia, tensión, pérdidas y ambiente en el que se encuentra la maquina, el cable utilizado es AWG calibre 16 el cual cumple con las características de construcción de la maquina en cuanto a potencia se refiere.. Puertos: Existen. dos comunicaciones en el sistema. Entre la maquina y el. tablero de mando y entre el tablero de mando y el PLC. Para ambas comunicaciones se utilizaran puertos tipo paralelo con un protocolo preestablecido. Puertos: Existen. dos comunicaciones en el sistema. Entre la maquina y el. tablero de mando y entre el tablero de mando y el PLC. Para ambas comunicaciones se utilizaran puertos tipo paralelo con un protocolo preestablecido..

(16) Sensor de plato en posición: El sensor de plato en posición consta de dos bornes, los cuales se contactan cuando el molde llega a la posición deseada. 3.6 Equipos y accesorios Tablero de mando: Este tablero es el encargado de enviar las señales al PLC para que este a su vez se encargue de controlar la maquina según en el estado que se encuentre el proceso (producción, emergencia…). Este equipo es la comunicación es entre el PLC y la maquina, y a su vez actúa como interfaz hombre-maquina.. Figura 5. Tablero de mando. Compresor: Equipo productor de corriente de aire generada por un motor eléctrico y un acumulador el cual almacena y hace que la presión de salida de aire sea más potente y lo que es más importante: constante. El compresor es un elemento muy importante debido a que es el que se encarga de darle movimiento a los cilindros y ventosas.

(17) PLC: Equipo electrónico programable que permite almacenar una secuencia de ordenes (programa) en su interior y ejecutarlo de forma cíclica con el fin de realizar una tarea. Este equipo es la parte principal del sistema de control del sistema. 3.7 Control y cableado La maquina tiene una estructura mecánica con un sistema de cableado y puertos estructurado. El cableado interno de la maquina conduce las señales que manejan las electroválvulas. La comunicación del prototipo se realiza por medio de un puerto de comunicación con el sistema de control de veinticinco pines que se encuentra en la parte trasera de la maquina. El tablero de mando el cual se encarga de controlar el funcionamiento de la maquina posee dos puertos de comunicación uno que sirve de enlace con el prototipo mecánico (Puerto izquierdo – mirando el tablero de frente) y otro que sirve de comunicación con el PLC (Puerto derecho – mirando el tablero de frente). Estos dos puertos son de tipo paralelo hembra por lo tanto se deben usar dos cables paralelos macho-macho para la conexión de las dos interfaces. La interfaz de los puertos con respecto al PLC para entender la simbología se recomienda ver la figura 3 PIN. Slot en el PLC. Función. Tipo (Vista por el PLC). 1. A124.0. Activa la ventosa D. Salida.

(18) 2. A124.1. Activa la ventosa C. Salida. 3. A124.2. Mueve el cilindro F hacia F-. Salida. 4. A124.3. Mueve el cilindro F hacia F+. Salida. 5. A124.4. Mueve el cilindro A hacia A+. Salida. 6. A124.5. Mueve el cilindro A hacia A-. Salida. 7. A124.6. Mueve el cilindro B hacia B+. Salida. 8. A124.7. Mueve el cilindro B hacia B-. Salida. 9. A125.0. Mueve el cilindro E hacia E-. Salida. 10. A125.1. Mueve el cilindro E hacia E+. Salida. 11. A125.2. Mueve el motor central que gira el. Salida. disco 12. L+. VCC. 13. M. Tierra. 14. E124.0. Sensor B+. Entrada. 15. E124.1. Sensor A-. Entrada. 16. E124.2. Sensor A+. Entrada. 17. E124.3. Sensor F+. Entrada. 18. E124.4. Sensor F-. Entrada. 19. E124.5. Sensor de plato en posición. Entrada. 20. E124.6. Botón de apago y encendido. Entrada. 21. E124.7. Botón de emergencia (hongo). Entrada. 22. E125.0. Muletilla en modo producción. Entrada. 23. E125.1. Muletilla en modo ajuste. Entrada. 24. E125.2. Botón de rearme. Entrada. 25. E125.3. Botón de modo manual. Entrada. Tabla 1..

(19) 3.8 Indicaciones de transporte En caso de transportar el prototipo se deben tener ciertas precauciones como lo son desconectar todas las mangueras, equipos y accesorios los cuales deben ir por separado a la estructura principal. Lista de empaque: (2) Dos cilindros marca MINDMAN (4) Cuatro electro-válvula de doble activación (2) Dos electro-válvulas de una sola vía (2) Dos ventosas marca Smd (1) Un cilindro de giro marca phd (1) Un deslizador marca phd (1) Una estructura mecánica exterior con disco y tubo central (1) Un motor impulsado del disco principal (1) Un relé con control de 24 VDC (1) Tablero de mando (1) Un PLC (1) Compresor (2)Cables paralelos macho-macho.

(20) 3.9 Puesta en servicio y mantenimiento El prototipo fue probado en el momento del inicio de su funcionamiento, luego se encuentra totalmente listo para ser ensayado por estudiantes del area de control secuencial. Para que la duración y vida util de los cilindros y ventosas sea mas largo es importante colocar a las salida del compresor un filtro de aire. Se debe tener especial cuidado en el manejo que se le de al tablero de mando y a las conexiones de las ventosas. Al notar algún tipo de desconexión se debe recurrir inmediatamente a la tabla1 de este mismo documento donde siguiendo el protocolo se podrá encontrar fácilmente el error para posteriormente corregirlo. Los cilindros se deben lubricar periódicamente para evitar oxidación interna al igual que el motor del disco principal que se debe engrasar y limpiar con frecuencia.

(21) 4. AUTOMATIZACIÓN DEL PROTOTIPO 4.1Tecnología usada para la implementación del sistema de control 4.1.1 Software La elaboración del control del prototipo esta basado en tecnología SIEMENS por los tanto el secuencial inicial se realizo en SIMATIC S7 mas específicamente en en S7 Graph herramienta que permite el desarrollo de diagramas de estado que visualizan fácilmente el proceso de funcionamiento de la maquina. La maquina puede ser controlada con diferentes métodos debido a su gran funcionalidad y contextura, luego no quiere decir que siempre se deba usar Siemens S7 para realizar el control 4.1.2 Hardware Como sistema programable se utilizó un PLC Siemens 314 IFM el cual posee diez y seis salidas digitales y diez y seis 4.2 Diseño (Guía Gemma) 4.2.1 Presentación de la guía GEMMA [3] (Textualmente del documto origen) “En un proceso productivo una máquina no está siempre funcionando en modo automático, pueden surgir problemas que, por ejemplo, conlleven a una parada inmediata de la máquina o proceso. En la automatización de una máquina es necesario prever todos los estados posibles: funcionamiento manual o semiautomático, paradas de emergencia,.

(22) puesta en marcha,... y, a demás, el propio automatismo debe ser capaz para detectar defectos en la parte operativa y colaborar con el operario o técnico de mantenimiento para su puesta en marcha y reparación, entre otras. La agencia ADEPA (Agence nationale pour le Developpement de la Production Appliquée al’industrie) desarrollo la guía GEMMA (Guide d’Etudes des Modes de Marches et d’Arrêts), se trata de una representación organizada de todos los modos o estados de Marcha y Paradas en que se puede encontrar un proceso de producción automatizado y orienta sobre los saltos o transiciones que pueden darse de un estado a otro. Un automatismo consta de dos partes fundamentales: el sistema de producción y el control del mismo (ordenador, autómata programable,..). El sistema de producción puede encontrarse en tres situaciones, en las cuales el sistema puede estar o no produciendo: - funcionando, por lo tanto está en producción. - parado, o en proceso de parada. - en defecto, circunstancias en las cuales o bien el producto derivado no es aprovechable o lo es, si se manipula adecuadamente a posteriori..

(23) El gráfico GEMMA muestra estas cuatro situaciones (control sin alimentación, funcionamiento, parada y defecto) con rectángulos grises y un quinto rectángulo, marcado en líneas discontinuas, que indica que el sistema productivo está en producción. Cada una de estas situaciones se subdivide de forma que al final la guía GEMMA presenta 17 estados de funcionamiento posible. Grupo F. Procedimientos de funcionamiento F1 - Producción normal. Estado en que la máquina produce normalmente. Es el estado más importante y en el se deben realizar las tareas por las cuales la máquina ha sido construida. F2 - Marcha de preparación. Son las acciones necesarias para que la máquina entre en producción (precalentamiento, preparación de componentes,..)..

(24) F3 - Marcha de cierre. Corresponde a la fase de vaciado y/o limpieza que en muchas máquinas debe llevarse a cabo antes de la parada o del cambio de algunas de las características del producto. F4 - Marchas de verificación sin orden. En este caso la máquina, normalmente por orden del operario, puede realizar cualquier movimiento o unos determinados movimientos preestablecidos. Es el denominado control manual y se utiliza para funciones de mantenimiento y verificación. F5 - Marchas de verificación con orden. En este caso la máquina realiza el ciclo completo de funcionamiento en orden pero al ritmo fijado por el operador. Se utiliza también para tareas de mantenimiento y verificación. En este estado la máquina puede estar en producción. En general, se asocia al control semiautomático. F6 - Marchas de test. Sirve para realizar operaciones de ajuste y mantenimiento preventivo, por ejemplo: comprobar si la activación de los sensores se realiza en un tiempo máximo, curvas de comportamiento de algunos actuadores,... Grupo A. Procedimiento de paradas y puestas en marcha A1 - Paradas en el estado inicial. Se corresponde con el estado de reposo de la máquina. La máquina normalmente se representa en este estado en los planos de construcción y en los esquemas eléctricos. A2 - Parada solicitada al final del ciclo. Es un estado transitorio en que la máquina, que hasta el momento estaba produciendo normalmente, debe producir solo hasta acabar el ciclo y pasar a estar parada en el estado inicial. A3 - Parada solicitada en un estado determinado. Es un estado en que la máquina se detiene en un estado determinado que no coincide con el final de ciclo. Es un estado transitorio de evolución hacia A4..

(25) A4 - Parada obtenida. Es un estado de reposo de la máquina distinto al estado inicial. A5 - Preparación para la puesta en marcha después de un defecto. Es en este estado donde se procede a todas las operaciones, de: vaciado, limpieza, reposición de un determinado producto, ..., necesarias para la puesta de nuevo en funcionamiento de la máquina después de un defecto. A6 - Puesta del sistema en el estado inicial. En este estado se realiza el retorno del sistema al estado inicial (reinicio). El retorno puede ser manual (coincidiendo con F4) o automático. A7 - Puesta del sistema en un estado determinado. Se retorna el sistema a una posición distinta de la inicial para su puesta en marcha, puede ser también manual o automático. Grupo D. Procedimientos de defecto D1 - Parada de emergencia. Es el estado, que se consigue después de una parada de emergencia, en donde deben tenerse en cuenta tanto las paradas como los procedimientos y precauciones necesarias para evitar o limitar las consecuencias debidas a defectos. D2 - Diagnóstico y/o tratamiento de fallos. Es en este estado que la máquina puede ser examinada después de un defecto y, con ayuda o sin del operador, indicar los motivos del fallo para su rearme. D3 - Producción a pesar de los defectos. Corresponde a aquellos casos en que se deba continuar produciendo a pesar de los defectos. Se incluye en estas condiciones casos en que, por ejemplo, sea necesario finalizar un reactivo no almacenable, en que se pueda sustituir transitoriamente el trabajo de la máquina por la de un operario hasta la reparación de la avería,...

(26) Además de los procedimientos de funcionamiento, la guía GEMMA muestra, en líneas discontinuas, los caminos que permiten evolucionar de un estado a otro. Para no complicar el gráfico solo se presentan los caminos más usuales y será tarea del diseñador añadir los caminos necesarios para cada aplicación en particular. En algunos casos hay algunas flechas sin procedencia, se utilizan para indicar que puede accederse a este estado desde todos los demás. Como ya se ha indicado, la guía GEMMA es un gráfico de soporte al diseñador de automatismos. El procedimiento a seguir en su utilización consiste en: - Estudiar los estados necesarios de la máquina a automatizar, anotando en cada uno de los rectángulos la descripción correspondiente y posibles variantes, si las hay. Aquellos estados que no serán utilizados se marcan con una cruz, indicando así que no se han considerado. - Estudiar entre que estados será posible la evolución. La guía permite mostrar de forma gráfica todos los caminos deseados, marcando estos con una línea continua. - Finalmente, de forma parecida a como se indican las transiciones en GRAFCET, se marcan las condiciones necesarias para poder seguir un determinado camino. En algunas ocasiones un determinado camino no tiene una condición específica o determinada, en este caso puede no ponerse indicación o es posible utilizar la condición que la acción anterior sea completa. 2. Metodología a seguir en la implementación de un automatismo Una vez expuesta la guía GEMMA, veamos en que etapas del desarrollo de un automatismo será utilizada. Para ello en primer lugar describiremos los pasos a.

(27) seguir en la implementación de un automatismo. A los distintos pasos les denominaremos etapas, E: E1 - Determinar los aspectos generales del proceso y generar el GRAFCET de producción de primer nivel (descriptivo). E2 - Determinar los elementos del proceso y seleccionar los detectores, indicadores y actuadores necesarios. E3 - Representar el GRAFCET de producción de segundo nivel (tecnológico y operativo). E4 - Estudiar los diferentes estados de GEMMA para determinar que estados son necesarios en el automatismo y realizar su descripción. E5 - Definir sobre GEMMA los caminos de evolución entre los distintos estados. E6 - Diseñar los elementos que componen el pupitre del operador y su ubicación. E7 - Definir sobre GEMMA las condiciones de evolución entre los distintos estados. E8 - Preparar el GRAFCET completo de segundo nivel a partir del de producción representado antes y de la GEMMA. E9 - Escoger la tecnología de control: número de autómatas programables, tipo de entrada y salidas, reguladores industriales, bus de comunicación, ... E10 - Representar el GRAFCET de tercer nivel concreto (a nivel de autómata). E11 - Instalación, implementación, puesta a punto y pruebas. El objetivo del tema es que los alumnos sean capaces de diseñar la interfaz hombre/máquina y la secuencia de gobierno utilizando como herramienta de trabajo la guía GEMMA. Ello se traduce en que, de las etapas descritas, sean capaces de analizar e implementar hasta la etapa E8. Las etapas restantes se irán complementando con el estudio de los temas posteriores..

(28) Un aspecto que debe introducirse en este punto, por no haberse concretado en el tema anterior, es el cómo elaborar el GRAFCET completo a partir del GRAFCET de producción y la guía GEMMA. - Elaboración de un GRAFCET completo En la elaboración de un GRAFCET completo se pueden utilizar dos métodos: 1. Enriquecimiento del GRAFET de base - Consiste en adicionar a la secuencia de funcionamiento normal las condiciones de maniobra - Da lugar a un único GRAFCET, frecuentemente complejo - Se reserva a sistemas sencillos 2. Descomposición en tareas coordinadas - Consiste en múltiples GRAFCETs, cada uno con una tarea particular a realizar. Ventajas: - Facilita la automatización de cada tarea - Simplifica los GRAFCETS a realizar - Facilita el mantenimiento y posibles modificaciones del programa - Permite testar los subsistemas de uno en uno y a medida - Permite adicionar o eliminar tareas fácilmente - Inconvenientes: - La coordinación entre los GRAFETs puede resultar compleja - Aumenta del número de estados en total - Resulta difícilmente aplicable a sistemas cableados debido a que aumenta la complejidad. Hay dos tipos de coordinación: la vertical y la horizontal. Las características de cada una se citan a continuación..

(29) - Coordinación vertical o jerarquizada: Consiste en un GRAFCET “MAESTRO” que gobierna los otros GRAFCETs “ESCLAVOS”. Los GRAFCETs “ESCLAVOS” son llamados por el GRAFCET “MAESTRO”, para ello no es necesario que un GRAFCET finalice antes de activarse otro. - Coordinación horizontal: No hay un GRAFCET “MAESTRO”, los GRAFCETs se llaman unos a los otros y, preferentemente, un GRAFCET debe terminar antes de empezar otro. Se utiliza cuando hay pocas tareas a realizar y las relaciones entre ellas son limitadas. El numero de estados a utilizar es menor que en la coordinación vertical.” 4.2.2 Desarrollo de la Guía GEMMA en GRAFCET [3] Nota: Para ubicarse físicamente durante todo el proceso se recomienda ir observando el diseño mecánico y electro-neumático del sistema. Ver figura 3 Etapa a) Determinar los elementos del proceso y seleccionar los detectores, indicadores y actuadores necesarios Sensores disponibles (Entradas del sistema): t1, Permite detectar cuando hay presencia de plato en el eje O a0 y a1, indican el inicio y final de carrera del pistón A, respectivamente..

(30) b1, indica el inicio y final de carrera del pistón B, respectivamente. e0 y e1, indican el inicio y final de carrera del pistón E, respectivamente. f0 y f1, indican el inicio y final de carrera del pistón F, respectivamente. Condiciones de funcionamiento normal de la máquina: m Selector que autoriza el funcionamiento de la maquina (selector de inicio) Salidas iniciales del sistema: A- y A+, Activa la electro-válvula A para que el cilindro se mueva en el sentido requerido B- y B+, Activa la electro-válvula A para que el cilindro se mueva en el sentido requerido C- y C+, Activa la electro-válvula A para que la ventosa succione o no aire D- y D+, Activa la electro-válvula A para que ventosa succione o no aire E- y E+, Activa la electro-válvula A para que el cilindro gire en el sentido requerido F- y F+, Activa la electro-válvula A para que la ventosa succione o no aire.. Etapa b) - Representar el GRAFCET de producción de segundo nivel (tecnológico y operativo)..

(31) Etapa c) y d) - Estudiar los diferentes estados de GEMMA para determinar que estados son necesarios en el automatismo y realizar su descripción - Definir sobre GEMMA los caminos de evolución entre los distintos estados. Guía Gemma: La guía gemma se divide en tres grupos principales que para el fin de este proyecto dividí en algunos estados que forman parte en especial de este proyecto. La guía Gemma contiene otros estados que para efectos del desarrollo del proyecto no son necesarios incluirlos Grupo A. Procedimiento de paradas y puestas en marcha:.

(32) A1 - Paradas en el estado inicial. Se corresponde con el estado de reposo de la máquina. La máquina normalmente se representa en este estado en los planos de construcción y en los esquemas eléctricos. A2 - Parada solicitada al final del ciclo. Es un estado transitorio en que la máquina, que hasta el momento estaba produciendo normalmente, debe producir solo hasta acabar el ciclo y pasar a estar parada en el estado inicial. A5 - Preparación para la puesta en marcha después de un defecto. Es en este estado donde se procede a todas las operaciones, de: vaciado, limpieza, reposición de un determinado producto, etc, necesarias para la puesta de nuevo en funcionamiento de la máquina después de un defecto. A6 - Puesta del sistema en el estado inicial. En este estado se realiza el retorno del sistema al estado inicial (reinicio). El retorno puede ser manual (coincidiendo con F4) o automático. Grupo D. Procedimientos de defecto: D1 - Parada de emergencia. Es el estado, que se consigue después de una parada de emergencia, en donde deben tenerse en cuenta tanto las paradas como los procedimientos y precauciones necesarias para evitar o limitar las consecuencias debidas a defectos. Grupo F. Procedimientos de funcionamiento: F1 - Producción normal. Estado en que la máquina produce normalmente. Es el estado más importante y en él se deben realizar las tareas por las cuales la máquina ha sido construida..

(33) F4 - Marchas de verificación con orden. En este caso la máquina realiza el ciclo completo de funcionamiento en orden pero al ritmo fijado por el operador. Se utiliza también para tareas de mantenimiento y verificación. En este estado la máquina puede estar en producción. En general, se asocia al control semiautomático..

(34) Tablero de Mando:.

(35) 4.3 Programación Tal como lo indica la guia Gemma se realizaron dos grafcet Maestro-esclavo, el grafcet Maestro es el gemma y controla el esclavo (producción normal) unificándolos en un archivo cíclico llamado OB1.A continuación se muestra cada uno de los grafcet elaborados en S7. Graph y la tablado símbolos. correspondiente que indica el puerto utilizado en el PLC 4.3.1 Símbolos.

(36) 4.3.2 Grafcet producción Normal.

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(39) 4.3.3 Grafcet Gemma.

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(41) 5. DOCUMENTACIÓN Junto con el prototipo, el articulo y el documento final de este proyecto se entrega pagina Web con toda la información del desarrollo de proyecto, manual de servicio y mantenimiento de la maquina, y guia de laboratorio..

(42) 6. CONCLUSIONES Un proceso industrial genera muchas variables a controlar que en un principio no pueden ser detalladas a simple vista El enfoque mas practico que teórico hace que muchos de los conceptos que en un principio parecen obvios teóricamente se conviertan en un problema a la hora de la implementación física. Las simulaciones no son el fiel reflejo de lo que pueda suceder en la realidad, realmente hay muchas variables físicas que no son tenidas en cuenta durante la simulación La elaboración paso a paso de todo el sistema hace que el funcionamiento final sea satisfactorio y sin ningún tipo de inconvenientes. Existe gran posibilidad de ampliación y generación de nuevas funciones para este mismo prototipo que en un futuro podría ser comercializado en la industria.. El proyecto tiene una aplicación muy práctica debido a que es de gran funcionalidad para futuras generaciones de estudiantes en proceso de aprendizaje en el área de control secuencial. El prototipo podría ser ampliado con gran facilidad ya que se presta para adicionarle otros autómatas que completen la funcionalidad del mismo y así no solo sea utilizado como un prototipo educativo sino que llegue a tener un alcance de tipo industrial.

(43) 7. REFERENCIAS [1] Taron, Jean Piere. Sistèmes automatiques. Editorial Elipse, 1997. [2] Roa Diego, Roncancio Janine, estudiantes ing electronica [4] Festo - Manual for the food and packaging industry, para mas información: (http://www.festo.com/INetDomino/coorp_sites/en/e39ef4cceb605b93c1256c0d 00335db4.htm). [3] Análisis de la guía Gemma y elaboración de Grafcet [5] Materiales y accesorios electroneumaticos, www.mindman.com, [6] Manual Sollidege, editorial norma, 2000.

(44) 8. ANEXOS 8.1 Anexo1: Planos mecánicos [6].

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(55) ANEXO 2 – Especificaciones técnicas de materiales [4] Ventosas:.

(56) Electrovalvulas:. Para mas información de los materiales consultar las paginas web del proveedor allí se puede encontrar información mas especifica de cada uno de los materiales.

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