“tecnologÍa de los controladores...
TRANSCRIPT
-
UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLÓGICA DEL CONO SUR DE LIMA
UNTECS
“TECNOLOGÍA DE LOS CONTROLADORES LÓGICOS
PROGRAMABLES ORIENTADA A LA OPTIMIZACIÓN DEL
PROCESO DE CORTE DE PRENDAS EN LA EMPRESA TEXTIL
FASOL”
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PARA OPTAR EL TÍTULO DE
INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA
PRESENTADO POR EL BACHILLER
RICHARD FLORES CÁCERES
LIMA-PERÚ
2014
2
DEDICATORIA:
Este trabajo está dedicado a toda mi familia,
mis padres, mi esposa e hijos, mis hermanos
y a mis profesores que siempre me apoyaron.
3
AGRADECIMIENTO:
Agradezco los docentes de la Universidad
Nacional Tecnológica de Cono Sur de Lima
UNTECS en especial al Ing. Martin Gonzales,
al Ing. Omar Chamorro y al Ing. Roger Silva
Mares.
4
INDICE
INTRODUCCION 05
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 08
1.1 DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA 08
1.2 JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA 09
1.3 DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN 10
1.4 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 11
1.5 OBJETIVO 12
2. MARCO TEÓRICO 13
3. DISEÑO/DESCRIPCIÓN DE LA HERRAMIENTA / MODELO / SISTEMA
3.1 ANALISIS DEL MODELO/ HERRAMIENTA/SISTEMA 50
3.2 CONSTRUCCIÓN, DISEÑO O SIMULACIÓN DE LA HERRAMIENTA /
MODELO / SISTEMA 54
3.3 REVISIÓN Y CONSOLIDACIÓN DE RESULTADOS 70
CONCLUSIONES 74
BIBLIOGRAFÍA 75
ANEXOS 76
5
INTRODUCCIÓN
En la actualidad la industria nacional necesita adaptarse a las nuevas
tecnologías emergentes que le permita simplificar, optimizar y elevar la
productividad y calidad de los procesos de diseño y manufactura. Esto significa
que es propicio el ambiente para la utilización de sistemas de diseño y
manufactura asistidos por computadora.
Las políticas industriales en los países desarrollados del mundo inciden mucho
en la tecnología y el diseño industrial. Ambos conceptos influyen grandemente
en la industria en general, pues hacen que el producto final se acerque cada
vez más a las exigencias del usuario, llegando al mercado en las mejores
condiciones de calidad y precio y sobre todo en el momento oportuno, lo que
hace que la industria crezca en competitividad y productividad, es en ese
sentido, importante tener en cuenta que el diseño de autómatas es una
actividad que se proyecta conceptualmente hacia la solución de problemas que
plantea al ser humano en su adaptación al medio ambiente en la satisfacción
de sus necesidades.
El sector Textil peruano cuenta con una larga tradición, ha sido reconocido por
la calidad de sus fibras naturales. El contar con algodón de fibras extra largas
ha sido una ventaja que se ha utilizado para penetrar mercados exigentes y
conocedores. Así mismo el Perú es considerado uno de los motores del
desarrollo y uno de los mayores generadores de empleo en este campo.
6
El uso de los controladores Lógicos Programables se está extendiendo, cada
día más, entre los diferentes sectores industriales, tanto en procesos de control
de producto como en control de procesos. La utilización de esta tecnología, y
los beneficios que su uso conlleva, se aplican en la industria textil para mejorar
la calidad, presentación, precio y tiempo de producción de telas.
El conocimiento de las posibles soluciones a determinados problemas de la
industria textil es una valiosa información que permitirá la realización de
acciones con una fuerte influencia en la competitividad y productividad de las
empresas textiles, como ha demostrado el uso de estos controladores en otros
sectores.
El desarrollo de la industria textil y confección genera más de 85,000 empleos
en el Perú, en los últimos años, dado el desarrollo e innovación tecnológica en
esta área, hace necesaria la incursión de Ingenieros en Mecánica Eléctrica
dentro de esta industria, puesto que, la competitividad tiende a mejorar y ser
más exigentes hoy en día.
Hasta ahora la automatización de máquinas y procesos ha permitido mejorar la
productividad, la disminución de costos y la mejora de la calidad de los
productos. Pero esto no es suficiente cuando, por ejemplo, un producto no
obtiene el éxito esperado o su ciclo de vida resulta a unos costos que no han
podido ser absorbidos por la automatización tradicional.
7
La economía depende en gran medida de la selección apropiada de la máquina
o del proceso que genere un producto terminado satisfactorio. Esta selección
se ve influida en primer término, por la cantidad de piezas por producirse.
Generalmente existe una máquina de propósito general, que se justifica, como
el tipo de maquina más apropiado dado que son las más adaptables,
representan un costo inicial bajo y presentan la versatilidad para afrontar
condiciones de cambio de taller. Por otra parte las máquinas de propósito
especial deberán tomarse en cuenta para la fabricación de grandes lotes de un
producto normalizado. Una máquina de este tipo puede trabajar durante un
periodo prolongado siendo inclusive la alimentación del material automático.
8
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA
Existe un avance importante en el uso de tecnologías Mecatrónicas y de
la información en el campo industrial y comercial del país, tanto para
controlar, automatizar y monitorear la calidad de los procesos,
permitiendo disminuir los costos asociados a la falta de precisión al
momento de generar un producto.
Otro punto importante también es que muchos de estos procesos donde
la tecnología es simplemente ignorada, se siguen utilizando una gran
cantidad de personal para cumplir con la demanda solicitada, sin darse
cuenta que el uso de la tecnología está relacionada a automatizar los
procesos, obteniendo precisión, mejora en la calidad del producto y
disminución de la cantidad de personal, evidenciando una disminución
de gasto apreciable a largo o mediano plazo.
La industria de la manufactura no puede ser la excepción cuando
hablamos de optimizar un proceso, la tecnología avanza y es
imprescindible apoyarnos de estas herramientas para hacer frente a los
mercados cada vez más exigentes.
En estos aspectos la tecnología ha sufrido muchos cambios a corto
plazo. Esto ha provocado un desajuste en las personas que están
9
dentro de ella, ya que el tiempo que ellas toman para actualizar algún
proceso o equipo surge uno completamente obsoleto.
Estas circunstancias muestran en cierta forma la realidad actual de la
Empresa TEXTIL FASOL S.R.L., ya que hoy en día el uso de esta
tecnología es limitada y claro está en señalar que los problemas que
percibo, en mi situación asesor de innovaciones Tecnológicas que
ayuden a mejorar los procesos de producción y calidad del área de
Ingeniería Mecánica Eléctrica de esta empresa y siendo yo parte de
este entorno, son la pérdida económica debido al alto consumo de tela
generada durante el proceso de corte y la pérdida económica debido a
la elevada cantidad de trabajadores para cumplir con las demandas
solicitadas.
1.2 JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA
La presente tesina se justifica en que actualmente en la empresa
TEXTIL FASOL S.R.L., a pesar que la tecnología existe, se han
realizado pocos esfuerzos encaminados a optimizar algunas etapas
asociados a la producción textil, y esto es porque comúnmente en una
empresa nacional la información tecnológica tarda en ser recibida,
asimilada y aceptada.
Así mismo la presente tesina se justifica porque lo que se pretende es
optimizar un proceso que conllevará a reducir tiempos de producción,
10
con poca cantidad de trabajadores y a bajo costo, todo esto en un
mediano plazo.
Ahora con este estudio, lo que pretendo por otro lado, es que sirva
como base o fuente de información respecto a próximos proyectos de
implementación que no necesariamente sean del rubro textil,
relacionados a optimizar procesos a través de la aplicación de
tecnología electrónica como son los controladores lógicos
programables.
Y es que de esta forma debemos dejar de lado, que, debido a una falta
de preparación y previsión, el industrial textil no desarrolla una visión
actualizada de los nuevos métodos, y al presentarse la oportunidad de
desarrollar algunos de ellos, los deshecha por miedo a algo
desconocido, generando el comentario de que simplemente “Esto no es
aplicable en el Perú”, tratando de esconder una inseguridad provocada
por falta de preparación y previsión.
1.3 DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
En cuanto al alcance del estudio:
• Esta propuesta si bien es cierto puede aplicarse en cualquier industria
del rubro textil, en este caso mi alcance de estudio está referida a la
empresa TEXTIL FASOL S.R.L., y específicamente al área de tendido y
corte de tela, cuyo universo de empleados es de 48.
11
•Por otro lado es importante señalar que el alcance de estudio para esta
tesina está basado en una propuesta netamente del área de los
Controladores Lógicos Programables y su aplicación en procesos de
corte de dos ejes más no al detalle del software de diseño de cortes de
tela u otros.
Así mismo podemos determinar las siguientes limitaciones:
•El poco tiempo de acceso al área de Corte de la Empresa TEXTIL
FASOL S.R.L., para realizar las pruebas de campo, en cuanto a la
evaluación de transmisión de datos desde el controlador hacia el
cabezal de corte de dos ejes.
Con todas estas limitaciones, nunca me sentí desmotivado y mucho
menos pensé dejar de lado esta investigación, todo así, siempre seguí
adelante.
1.4 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿En la actualidad, la Empresa TEXTIL FASOL S.R.L., presenta algún
tipo de tecnología asociada a los Controladores Lógicos Programables
que permita optimizar el proceso de corte de prendas, con el fin de
reducir las pérdidas económicas, debido al alto consumo de tela
generado por la poca precisión en el corte y la elevada cantidad de
trabajadores relacionados al proceso, para cumplir las demandas del
mercado?
12
1.5 OBJETIVOS
1.5.1 OBJETIVO GENERAL
Optimizar el proceso de corte de prendas en la empresa TEXTIL
FASOL S.R.L. mediante el uso de la tecnología de los
Controladores Lógicos Programables, con el fin de reducir las
pérdidas económicas debido al alto consumo de tela generado por
la poca precisión en el corte y la elevada cantidad de
trabajadores, relacionadas al proceso, para cumplir con las
demandas del mercado.
1.5.2 OBJETIVO ESPECIFICO
•Determinar si es posible y de qué manera la tecnología de los
Controladores Lógicos Programables es aplicable a la Empresa
TEXTIL FASOL S.R.L., con la finalidad de reducir los gastos
asociados al alto consumo de tela, generado por la poca
precisión.
•Determinar si es posible y de qué manera la tecnología de los
Controladores Lógicos Programables es aplicable a la Empresa
TEXTIL FASOL S.R.L., con la finalidad de reducir los gastos
asociados a la elevada cantidad de personal utilizado para el
proceso de corte de tela para cumplir con las demandas del
mercado.
13
2. MARCO TEÓRICO
2.1 ANTECEDENTES BIBLIOGRAFICOS
Arriaga (2011), en su tesis titulada “Aplicación de Controladores Lógicos
Programables a las Máquinas Fresadoras”, para optar el título de
Ingeniero Electrónico, en la Universidad Central del Ecuador, concluye
qué: “Los sistemas de desarrollados por controladores lógicos
programables, pueden utilizarse para generar modelos con muchas, si
no todas, las características de un determinado producto. Estas
características podrían ser tamaño, contorno y la forma del componente,
almacenados como dibujos bi y tri dimensionales. Una vez que estos
datos dimensionales han sido introducidos y almacenados en el sistema
electrónico, el diseñador puede manipularlos o modificar las ideas
combinadas de varios diseñadores, ya que es posible mover los datos
dentro de interfaces de comunicación”.
Así mismo puedo agregar, que cuando estos controladores lógicos son
acoplados a sistemas CAD, también permiten simular el funcionamiento
de un producto. Por esta razón es interesante que aquellos que de
alguna forma intervienen en las decisiones y acciones que afectan al
proceso productivo, adquieran un conocimiento sobre los equipos que la
tecnología actual pone a disposición de la automatización integrada1.
1 ARRIAGA GORDILLO, Josué. Tesis: “Aplicación de Controladores Lógicos Programables a Máquinas
Fresadoras”. Universidad Central del Ecuador. 2011.
14
León (2010), en su tesis titulada “Optimización de los procesos textiles
mediante autómatas programables”, para optar el título de Ingeniero
Mecánico Eléctrico, en la Universidad Nacional autónoma de México,
concluye qué: “Para la industria de la confección, la precisión en el
diseño, los cortes y ensamble de las prendas permite tener congruencia
en la hechura de la ropa. Sin embargo, sólo 30% de las 14,000
empresas del sector han automatizado sus procesos productivos,
cuando hay tecnología disponible para hacerlo desde hace 30 años. La
precisión en el diseño de patrones impacta directamente en la exactitud
de las piezas. Si las medidas de los moldes no son constantes, las
piezas van a variar afectando el ensamble.”2
Esta realidad descrita anteriormente por el autor de la tesis, no está
lejana a nuestro país, se puede percibir que la gran mayoría de las
empresas del rubro textil no utilizan estas herramientas tecnológicas
para mejorar sus procesos productivos, conllevando a una incapacidad
para afrontar las grandes retos que esta economía creciente depara
para este sector.
Rojas (2011), en su tesis titulada “La integración de la Tecnología de los
PLC a la Industria Textil de Confección”, para optar el título de Ingeniero
Mecánico Eléctrico, en la Universidad Politécnica de Cataluña, concluye
qué: “Una vez que se crean los patrones, el controlador y el software de
programación, permiten acomodarlos virtualmente para luego
imprimirlos en un plóter. Estos moldes se usan como guía para trazar y
2 LEON MERINO, Jorge. Tesis: “Optimización de los procesos textiles mediante autómatas
programables”. México. Universidad Nacional Autónoma de México. 2010.
15
cortar, de manera manual o con cortadoras automáticas, las piezas que
van a servir para armar las prendas. Una cortadora automática alcanza
una velocidad de corte de hasta 30 metros por minuto, mientras que si
se realiza el proceso de manera manual la velocidad promedio de corte
es de 2 a 3 cm por minuto.”3
Podemos agregar que un nuevo enfoque para optimizar las operaciones
de maquinado es el control adaptativo. Mientras que el material se está
maquinando, el sistema detecta las condiciones de operación como la
fuerza, temperatura de la punta de la herramienta, rapidez de desgaste
de la herramienta y acabado superficial. Convirtiendo estos datos en
control de avance y velocidad que permita a la maquina cortar en
condiciones óptimas para obtener máxima productividad.
Lockuan (2012), en su libro titulado “La industria textil y su control de
calidad”, señala que “Los nuevos procesos asociados a la industria textil
han estado disponibles en forma práctica durante casi cuarenta años, y
sin embargo, la mayor cantidad de hilos de fibra cortada se produce en
máquinas convencionales. Los llamados sistemas no convencionales,
ofrecen las siguientes ventajas: Altas tasas de producción, eliminación
de etapas en el proceso de corte y reducción considerable en personal.
Estas ventajas son convincentes para los empresarios de la industria
3 ROJAS LUCERO, Carlos. Tesis: “La Integración de las tecnologías de los PLC a la industria Textil de
confección”. España. Universidad Politécnica de Cataluña. 2011.
16
textil, que deben ser tomados en cuenta en el media plazo para
diferentes áreas del proceso productivo”4 .
Korem (2005), en su libro titulado “Control Computarizado de Sistemas
de Manufactura”, señala que “Los fabricantes de indumentaria pueden
diseñar el patrón de una prenda en un sistema CAD, patrón que se sitúa
de forma automatiza sobre la tela para reducir al máximo el derroche de
material al ser cortado con una sierra o un láser CNC. Además de la
información de CAD que describe el contorno de un componente de
ingeniería, es posible elegir el material más adecuado para su
fabricación en la base de datos informática, y emplear una variedad de
máquinas CNC combinados para producirlo. La fabricación Integrada
por computadora (CIM) aprovecha plenamente el potencial de esta
tecnología al combinar una amplia gama de actividades asistidas por
ordenador, que pueden incluir el control de existencias, el cálculo de
costes de materiales y el control total de cada proceso de producción”5 .
Villé (2007), en su libro titulado “Maquinas Automatizadas para procesos
industriales”, señala que “La futura evolución incluirá la integración aún
mayor de sistemas de realidad virtual, que permitirá a los diseñadores
interactúa con los prototipos virtuales de los productos mediante la
computadora, en lugar de tener que construir costosos modelos o
simuladores para comprobar su viabilidad. También el área de
4 LOKUAN LAVADO, Fidel Eduardo. “La industria textil y su control de calidad”. México. Editorial Books Publishers.
2012. 5 KOREM H., Yoram. “Control Computarizado de sistemas de Manufactura”. México. McGraw Hill Book.
2005
17
prototipos rápidos es una evolución de las técnicas de CAD/CAM, en la
que las imágenes informatizadas tridimensionales, se convierten en
modelos reales empleando equipos de fabricación especializada.”6
2.2 BASES TEÓRICAS
2.2.1 DEFINICIÓN DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL
Cuando se establece una secuencia de pasos para realizar una
tarea predeterminada de acuerdo con los datos obtenidos del
medio ambiente y se busca que el proceso o sistema se controle
por sí mismo, podemos decir que el proceso está automatizado.
La automatización implica también aspectos relacionados con la
precisión, rapidez y seguridad.
Gráfico N° 01: Esquema de un sistema de control y su relación con sus sensores y actuadores
6 VILLE H., “Maquinas Automatizadas para procesos industriales”. México. Editorial: Cengage Learning.
2007
SENSOR 2
SISTEMA DE CONTROL
AUTOMATICO
SENSOR 1
SENSOR 2
SENSOR 3 ACTUADOR 3
ACTUADOR 2
ACTUADOR 1
SEÑALES DE ENTRADA SEÑALES DE SALIDA
18
2.2.2 DEFINICIÓN DE AUTOMATA PROGRAMABLE
Según la norma IEC 61131, define un autómata programable
como un sistema electrónico diseñado para ser utilizado en un
entorno industrial, que utiliza una memoria programable para el
almacenamiento interno de las instrucciones orientadas al
usuario, para implantar unas soluciones específicas tales como
funciones lógicas, secuencia, temporización, recuento y funciones
aritméticas con el fin de controlar mediante salidas y entradas
digitales y analógicas diversos tipos de máquinas y procesos.
Gráfico N° 02: Controlador Lógico Programable Siemens 1200
Gráfico N° 03: Entorno de Programación del PLC
19
El Controlador Lógico Programable (PLC) es considerado hoy en día
como pieza fundamental en cualquier Proceso de Automatización
Industrial. Con estos controladores se encuentran soluciones
económicas a diferentes problemas en las tareas de automatización.
2.2.3 DIFERENCIA ENTRE LÓGICA CABLEADA Y LÓGICA
PROGRAMADA
2.2.3.1 LÓGICA CABLEADA
Llamada también lógica de contactos, consiste en el diseño
de automatismos con circuitos cableados entre contactos
auxiliares de relés electromecánicos, contactores de potencia,
relés temporizados, diodos, relés de protección, válvulas óleo-
hidráulicas o neumáticas y otros componentes. Los cableados
incluyen funciones de comando y control, de señalización, de
protección y de potencia. La potencia además de circuitos
eléctricos comprende a los circuitos neumáticos (mando por
aire a presión) u óleohidráulicos (mando por aceite a presión).
Gráfico N° 04: Estado de los contactos en la lógica cableada
20
Gráfico N° 05: Circuito de Control y diagrama de Tiempos
2.2.3.2 APARATOS Y DISPOSITIVOS DE CONTROL
DISPOSITIVOS DE ENTRADA DE UN SISTEMA
AUTOMÁTICO:
Sensores o Captadores: Dispositivos de control que permiten
detectar o medir parámetros físicos (presión, temperatura) o
químicos (nivel de PH). Se conectan a las entradas de un
controlador. Pueden ser:
a) Discretos, digitales, Binarios o Lógicos: El valor de la señal
de salida de un dispositivo digital solo presenta dos estados:
Cero Lógico (Contacto Abierto) o Uno Lógico (Contacto
Cerrado). Ejemplo: Pulsadores, Finales de carrera, Detectores
ópticos, Contactos de Termostatos, etc.
b) Analógicos: El valor de la señal de salida de un dispositivo
analógico varía en un rango continuo de valores
predeterminados de voltaje o corriente. Ejemplo: Termocupla,
Termistancia NTC o PTC, LDR, etc.
21
A. ACTUADORES
Actúan como interfaces que se ubica entre el controlador y el
órgano de trabajo, solo es operativo. Pueden ser Discretos o
Analógicos. Se conectan a la Salida del PLC (Controlador
Lógico programable).
a) Discretos: Contactor, Relé, Electroválvulas, etc.
b) Analógicos: Válvulas Hidráulicas y neumáticas
proporcionales.
Gráfico N° 06: Actuadores Eléctricos
B. ORGANOS DE TRABAJO
Son aparatos que realizan trabajo físico o mecánico en un
mismo sistema de control.
Motor eléctrico, neumático o Hidráulico.
Cilindros Neumáticos o Hidráulicos.
22
Gráfico N° 07: Órganos de Trabajo utilizados en automatismos industriales
2.2.3.3 LÓGICA PROGRAMADA
Se entiende a los mecanismos con capacidad de realizar las
principales funciones lógicas necesarias para la conducción
de una máquina o un proceso industrial, de acuerdo a un
determinado programa memorizado y con un grado de
flexibilidad extremadamente elevado.
El avance de la tecnología y el descenso de los costos
permitió el desarrollo de controladores, capaces de suplantar
en los sistemas de automatización de contactos la lógica
cableada por la lógica programada (Programmable Logic
Controller: PLC).
23
Existen PLC’s que ofrecen la más variadas prestaciones en
principio solo podían manejar módulos de entrada/ salida
digital y reemplazaban los mandos a contactores, a medida
que fueron popularizándose, comenzaron a manejar otro tipo
de información, por medio de módulos de entrada / salida
Analógicos, contadores, controladores de periféricos, redes,
módulos de visión como el panel HMI KTP 600 PN del PLC
SIEMENS SIMATIC S7- 1200.
2.2.3.4 VENTAJAS DE LOS PLCs
a. Menor tiempo empleado en la elaboración de proyectos
debido a que: No es necesario dibujar el esquema de
contactos, No es necesario simplificar las ecuaciones lógicas,
ya que, por lo general, la capacidad de almacenamiento del
módulo de memoria es lo suficientemente grande.
b. La lista de materiales queda sensiblemente reducida, y al
elaborar el presupuesto correspondiente eliminaremos parte
del problema que supone el contar con diferentes
proveedores, distintos plazos de entrega, etc.
c. Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el
cableado y añadir aparatos.
d. Mínimo espacio de ocupación.
e. Menor coste de mano de obra de la instalación.
24
f. Economía de mantenimiento. Además de aumentar la
fiabilidad del sistema, al eliminar contactos móviles, los mismo
autómatas pueden detectar e indicar averías.
g. Posibilidad de gobernar varias máquinas con un mismo
autómata.
h. Menor tiempo para la puesta de funcionamiento del
proceso al quedar reducido el tiempo de cableado.
2.2.3.5 DESVENTAJAS DE LOS PLC’s
En primer lugar, de que hace falta un programador, lo que
obliga a adiestrar al personal para su manejo, pero hoy en día
ese inconveniente está solucionado porque las universidades
y/o institutos superiores ya se encargan de dicho
adiestramiento.
Pero hay otro factor importante como el costo inicial que
puede o no ser un inconveniente, según las características del
automatismo en cuestión. Dado que el PLC cubre
ventajosamente en amplio espacio entre la lógica cableada y
el microprocesador, es preciso que el proyectista lo conozca
tanto en su actitud como en sus limitaciones. Por tanto,
aunque el coste inicial debe ser tenido en cuenta a la hora de
decidirnos por uno u otro sistema, conviene analizar todos los
demás factores para asegurarnos una decisión acertada.
25
2.2.3.6 CLASIFICACION DE LOS PLC’s
De acuerdo a sus características internas tales como
memoria capacidad de procesamiento y de acuerdo a la
cantidad de señales de entrada / salida que manejan, estos se
pueden clasificar en NANO PLC’s, MICRO PLC’s y PLC’s.
NANO PLC’s:
1. No efectúan Operaciones Matemáticas
2. Poseen menor número de entradas/salidas Digitales y
Analógicas.
Gráfico N° 08: Nano PLC’s
MICRO PLC’s:
1. Efectúan Operaciones Matemáticas
2. Poseen mayor número de entradas/salidas Digitales y
Analógicas.
3. Poseen más memoria que los Nano PLC’s.
SIEMENS: LOGO! MOLLER: EASY!
26
Gráfico N° 09: Micro PLC’s
PLC’s:
1. Presentan característica Modular.
2. Permiten expandir sus entradas/salidas analógicas y
digitales.
3. Poseen mayor cantidad de memoria que los MICRO
PLC’s.
Gráfico N° 10: PLC’s
SIEMENS: SIMATIC S7-200 ALLEN BRADLEY: MICROLOGIC 1000
27
2.2.4 PROGRAMACIÓN DE PLC´s
En la programación de un controlador lógico programable, existen
diversas formas de programar (FUP, IWL, KOP, Grafcet). En este
manual desarrollaremos la programación por diagrama de
Contactos (KOP), ya que se asemeja a los circuitos de mando
eléctrico, manejados comúnmente por los profesionales del rubro
de la ingeniería eléctrica.
Un contacto se puede repetir tantas veces como sea necesario en
la programación. De este elemento repetido, solo se necesita
tener una entrada física de referencia a PLC. La CPU, cada vez
que se encuentra con un contacto mientras lee el programa, va a
consultar el valor que tiene la entrada física (o el valor que tiene el
registro de entradas) correspondiente a esa referencia.
Gráfico N° 11: Programación de PLC en diagrama de Contactos
28
2.2.4.1 Contacto Normalmente Abierto
---| |--- (Contacto normalmente abierto) se cierra si el valor del
bit consultado, que se almacena en el <operando> indicado,
es "1". Si el contacto está cerrado, la corriente fluye a través
del contacto y el resultado lógico (RLO) es "1". De lo contrario,
si el estado de señal en el <operando> indicado es "0", el
contacto está abierto. Si el contacto está abierto no hay flujo
de corriente y el resultado lógico de la operación (RLO) es "0".
En las conexiones en serie, el contacto ---| |--- se combina bit
a bit por medio de una Y lógica con el RLO. Cuando las
conexiones se realizan en paralelo, el contacto se combina
con el RLO por medio de una O lógica.
Gráfico N° 12: Contacto Normalmente cerrado de la Programación del PLC
2.2.1.1 Contacto Normalmente Cerrado
---| / |--- (Contacto normalmente cerrado) se abre si el valor
del bit consultado, que se almacena en el <operando>
indicado, es "0". Si el contacto está cerrado, la corriente fluye
a través del contacto y el resultado lógico (RLO) es "1". De lo
29
contrario, si el estado de señal en el <operando> indicado es
"1", el contacto está abierto. Si el contacto está abierto no hay
flujo de corriente y el resultado lógico de la operación (RLO)
es "0". Cuando se realizan conexiones en serie, el contacto ---
| / |--- se combina bit a bit por medio de una y lógica con el
RLO. Si las conexiones se efectúan en paralelo, el contacto
se combina con el RLO por medio de una O lógica.
Gráfico N° 13: Contacto Normalmente cerrado de la Programación del PLC
2.2.1.2 Programación de Contactos de las Salidas
---( ) (Bobina de relé (salida)) opera como una bobina en un
esquema de circuitos. Si la corriente fluye hasta la bobina
(RLO = 1), el bit en el <operando> se pone a "1". Si no fluye
corriente hasta la bobina (RLO = 0), el bit en el <operando>
se pone a "0". Una bobina de salida sólo puede colocarse
dentro de un esquema de contactos en el extremo derecho de
un circuito. Como máximo puede haber 16 salidas múltiples
(PLC Siemens 300). Se puede crear una salida negada
anteponiendo a la bobina de salida la operación ---|NOT|---
(invertir el resultado lógico).
30
Gráfico N° 14: Bobina de la Programación del PLC
2.2.1.3 Documentación de programas y edición tabla de símbolos
La documentación de un programa está referida a la edición
de una tabla de símbolos. En cada módulo podemos editar:
Título del bloque.
Comentario del bloque.
Título de los segmentos.
Comentarios de los segmentos.
Elementos comunes a todos los bloques: entradas y salidas.
Para editar la tabla de símbolos:
Gráfico N° 15: Tabla de edición de variables en el PLC
31
Una vez grabada la tabla de símbolos, se puede programar
utilizando la dirección o el símbolo.
Símbolos y direcciones:
Para poder visualizar una opción u otra, estando dentro de un
módulo (FC, OB, etc.) Tenemos que activar simultáneamente
las teclas CTRL + Q, o Ver-Mostrar-Representación simbólica.
Información del símbolo:
Sirve para poder ver debajo de cada segmento la información
de la dirección y el comentario de todos los elementos de este
segmento.
Comentario de segmento o de bloque:
Sirve para visualizar los comentarios que hemos puesto en
cada segmento o como cabecera de bloque.
2.2.1.4 Programación de Bobinas Set - Reset
El principio de funcionamiento es el siguiente:
Si ponemos un 1 lógico en el Set, se pone a 1 este elemento.
Si ponemos un 1 lógico en el Reset, se pone a 0 este
elemento.
Si ponemos al mismo tiempo un 1 en el Set y un 1 en el
Reset:
• A nivel externo, mandara la orden de la última instrucción
programada.
32
• A nivel interno, los contactos de éste elemento tendrán dos
valores en el mismo scan. Valdrá un 1 a partir de la
instrucción del Set hasta la instrucción del Reset, y a partir de
esta instrucción valdrá cero.
Analicemos la siguiente programación básica, para entender
cómo funciona la bobina S-R:
Gráfico N° 16: Programación de la Función Set-Reset
33
Su diagrama de tiempo se muestra a continuación:
Gráfico N° 17: Diagrama de tiempo
2.2.2 ELEMENTOS ACTUADORES DE INSTRUMENTACIÓN
Son componentes que se encuentran ensamblados para el
desarrollo de movimientos, calentamientos, etc. Se pueden
seleccionar y definir en tres grupos:
a) Actuadores eléctricos:
Utilizan la energía eléctrica como fuente de trabajo entre estos
se tienen: las electroválvulas, motores eléctricos de velocidad
variable y velocidad fija, resistencias de calentamiento, cabeza de
corte por láser.
b) Actuadores hidráulicos:
Son aquellos que utilizan agua como fuente de energía y se
emplean para controlar velocidades lentas y precisas.
c) Actuadores neumáticos:
Instrumentos que emplean el aire comprimido como su fuente de
34
energía, estos accionadores son principalmente cilindros.
d) Pre-accionadores:
Son aquellos dispositivos que activan y dirigen a los accionadores.
Lo son: electroválvulas, variadores de velocidad, contactores, finales
de carrera.
2.2.2.1 ELECTROVALVULAS
Las electroválvulas o válvulas electromagnéticas son
elementos que mandan o regulan la activación,
desactivación y la dirección de presión o el caudal del fluido
enviado por una bomba hidráulica o por un motor
compresor. Estas válvulas se utilizan cuando la señal
proviene de un temporizador eléctrico, un final de carrera
eléctrico, presostatos o mandos electrónicos. A su vez son
elegidas para mandos de accionamientos eléctricos con
distancias extremadamente largas y cortos tiempos de
desconexión.
Electroválvula
Descripción
Figura
Electroválvula normalmente
cerrada
2/2
Si no hay señal eléctrica en la
bobina, no hay presión en la
salida. Si se energiza la bobina el
embolo sube y la presión aplicada a
se ve reflejada en la salida.
35
Electroválvula normalmente
abierta
2/2
Cuando está en reposo, la presión P
se encuentra disponible en A. Si se
activa la electroválvula, la presión P
se bloqueará y no habrá presión
disponible en A.
Electroválvula 3/2 Tiene tres terminales de conexión, uno para la entrada de presión P, uno para la salida al cilindro A y otro terminal para la recuperar el fluido R.
Cuadro N° 01: Tipos de Electroválvulas
Las válvulas de control neumático son sistemas que bloquean,
liberan o desvían el flujo de aire de un sistema neumático
por medio de una señal que generalmente es de tipo
eléctrico, razón por la cual también son denominadas
electroválvulas.
2.2.2.2 CILINDROS NEUMATICOS
Los actuadores neumáticos transforman la energía en
trabajo. Se tienen pocos actuadores neumáticos pero estos
son de gran utilidad cuando solo se cuenta con cilindros y
motores. Se pueden tener cilindros hidráulicos de simple
efecto, doble efecto y algunos cilindros especiales. La
utilización de cilindros neumáticos en vez de usar motores
eléctricos es que los primeros generan movimientos
rectilíneos mientras que los segundos generan
36
movimientos circulares y a su vez no son confiables para
recorridos pequeños.
Si se quiere generar un movimiento rectilíneo en un motor
eléctrico se necesitan un reductor de velocidad y cambiador
de movimiento rotatorio a lineal como un tornillo de cadenas,
cremalleras o cables. Estos son poco prácticos si los
recorridos que se hacen son cortos. La energía del aire o
aceite comprimido se transforma, por medio de cilindros, en
un movimiento lineal de vaivén, y mediante motores
neumáticos, en movimiento de giro. Los elementos de
control son las electroválvulas que de acuerdo a un
electroimán y el estado mecánico de una válvula pueden
mover los cilindros neumáticos y así cambiar el estado de
una máquina para doblar, empujar, subir etc.
El cilindro de aire comprimido es por lo general el elemento
productor de trabajo en un equipo neumático. Estos son
actuadores lineales neumáticos que transforman la energía
estática en un trabajo mecánico. Su misión es generar un
movimiento rectilíneo, subdividido en carrera de avance y
retroceso. Estos cilindros se accionan por medio de una
electroválvula (si esta no se activa el cilindro no trabaja).
37
2.2.2.3 MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA
El motor de corriente continua es una máquina que transforma
energía eléctrica en energía mecánica, fundándose en el
movimiento rotatorio; sin embargo también es posible
conseguir una tracción lineal de acuerdo a posibles
configuraciones que se efectúan para ciertas aplicaciones.
Los motores de corriente continua se han posicionado
como elementos fundamentales y versátiles en la industria, ya
que su modo de operación es práctico, permitiendo facilidad
en el control de posición y velocidad en las diferentes
aplicaciones para las cuales son empleados.
Comercialmente se encuentran motores de corriente
continua de distintos tamaños, formas y potencias, pero
todos se basan en el mismo principio de funcionamiento.
Gráfico N° 18: Motor de Corriente Continua
38
2.2.2.4 MOTORES DC CON ENCODER
El encoder es un dispositivo que se usa para realizar el
posicionamiento de máquinas rotativas. Es de construcción
sencilla, se necesita un disco ranurado y un sensor foto
eléctrico tipo barrera. Cuando la ranura del disco está frente al
sensor no hay conducción de luz, cuando esta frente a un
orificio si hay conducción de luz. Esta conducciones de luz se
convierten en estados de voltaje alto y bajo.
Existen dos clases de encoder. Un encoder que solo puede
detectar el movimiento del motor en un solo sentido de giro,
no se puede detectar el sentido de rotación, en el caso de
error no se puede decrementar la posición y el error cometido
en cada posicionamiento puede influir en el siguiente.
El otro encoder tiene dos fototransistores y LED’s, estos
deben estar desfasados entre sí para poder detectar el
sentido de giro del motor. Cuando el motor gira en sentido
horario la secuencia de salida de los dos sensores se ve en la
parte superior del gráfico y cuando gira en sentido anti horario
se puede detectar otra secuencia.
39
Gráfico N° 19: Estados de activación del Encoder
El circuito funciona de la siguiente manera: para cada una de
las fases hay un flip- flop tipo D que se activa con un flanco
ascendente, al presentarse este flanco el dato que está en D
aparece en la salida Q. La fase A del encoder se conecta a la
entrada D del FF1 y a la entrada del reloj del FF2; esto implica
que cada vez que haya un flanco ascendente en la fase A, el
dato que está en B está disponible en el FF2. En el FF1
cuando el motor gira en sentido horario la salida está siempre
en uno y cuando gira en sentido anti horario hay siempre un
cero. Lo mismo sucede con FF2 solo que la salida es
complementaria con respecto a A. De esa manera se puede
distinguir cuando el motor gira en un sentido u otro. Existen
encoder que además dan el número de pulsos que dan en un
sentido, antes de comprar un encoder se debe saber cómo
envía la información de salida para que sea usada en el PLC;
los tipos de salida pueden ser:
• Salida con pulso y estado.
40
• Salida con pulsos.
• Salida con desfase.
Salida con Pulso y Estado: Este encoder tiene dos salidas una
para los pulsos y otra para el sentido de giro. Si el estado está
en alto y hay salida de pulsos, el motor gira en sentido
horario. Si el estado está en bajo y hay salida de pulsos, el
motor gira en sentido anti horario. Si no hay salida de pulsos
el motor está detenido.
Gráfico N° 20: Salida con pulso y estado
Salida con Pulsos: El sentido lo da la salida por donde salen
los pulsos, si los pulsos salen por la salida uno el motor gira
en sentido horario y los pulsos dicen cuántos grados se ha
movido el motor. Lo mismo sucede con la otra salida.
41
Gráfico N° 21: Salida con pulsos
Salida con Desfase: Si el motor gira en sentido horario
primero se presenta un flanco positivo en la salida A y
después se presenta en la salida B. Si gira en sentido
antihorario el flanco positivo se presenta primero en la fase B
y luego en la A.
Gráfico N° 22: Salida con desfase
42
2.2.2.5 SENSORES MAGNETICOS
Los sensores se definen como dispositivos sensibles al
movimiento, calor, luz, presión, energía eléctrica,
magnética u otro tipo de energía. La finalidad de un
sensor es dar una salida eléctrica que corresponda con una
determinada magnitud aplicada a su entrada.
Un transductor es un dispositivo que transforma un tipo
de variable física (por ejemplo, fuerza, presión,
temperatura, velocidad, etc.) en otra. Un transductor
puede incluir un sensor para medir una determinada
variable. Los sensores también se conocen como
transductores, pero se prefiere la palabra sensor para el
dispositivo de medición inicial; debido a que el transductor
representa un dispositivo que convierte cualquier forma de
señal a otra. Se puede decir que todos los sensores son
transductores, pero no todos los transductores son
sensores.
Los sensores magnéticos para cilindros, que se emplean para
detectar la posición de los pistones en los cilindros
neumáticos, se montan directamente sobre la carcasa del
cilindro y permiten detectar de modo fiable, a través de la
pared de la carcasa (hecha de aluminio, latón o acero
43
inoxidable), un anillo magnético situado en el pistón y
accionar una señal de conmutación. Son caracterizados
por la posibilidad de distancias grandes de la conmutación.
Los campos magnéticos pueden pasar a través de muchos
materiales no magnéticos, el proceso de la conmutación se
puede también accionar sin la necesidad de la exposición
directa al objeto. Usando los conductores magnéticos, el
campo magnético se puede transmitir sobre mayores
distancias para poder llevarse la señal de áreas de alta
temperatura. Los sensores magnéticos tienen una amplia
gama de usos. Por ejemplo:
• Detección del objeto a través del plástico.
• Detección del objeto en medios agresivos a través
de las paredes protectoras.
• Detección del objeto en áreas de alta temperatura.
• Reconocimiento de la codificación usando los imanes.
Gráfico N° 23: Sensores magnéticos
44
2.2.2.6 INTERFAZ HOMBRE MAQUINA (HMI)
Una interfaz Hombre - Máquina o HMI ("Human Machine
Interface") es el aparato que presenta los datos a un
operador (humano) y a través del cual éste controla el
proceso. La interfaz HMI se encuentra ligada al computador
a través de software HMI de monitorización y/o control de
supervisión. A través de tarjetas o dispositivos E/S se
conducen las señales del proceso hacia la computadora,
PLC’s, PAC’s (Controlador de Automatización Programable),
RTU (Unidades Remotas de I/O) y variadores de velocidad
de motores. Es necesario que cada uno de estos
dispositivos cuente con un módulo de comunicación que
maneje HMI.
La interfaz HMI surgió esencialmente debido a la
necesidad de estandarizar la forma de controlar y
monitorizar múltiples sistemas remotos, PLC’s y otros
mecanismos de control. A diferencia de otros dispositivos,
como los PLC’s, la interfaz HMI permite presentar de
manera específica la información al operador.
Un HMI puede contener vínculos con bases de datos y
permiten proporcionar tendencias, datos de diagnóstico,
manejo de información, cronograma de procedimientos de
45
mantenimiento, información logística, esquemas detallados
para sensores o máquinas, incluso sistemas detallados
con manuales de funcionamiento y/o guía de resolución de
problemas.
En la actualidad los sistemas SCADA se encuentran
integrados con sistemas HMI y de igual manera disponen
de protocolos de comunicación con los PLC’s. Numerosos
paquetes de HMI/SCADA de terceros ofrecen
compatibilidad incorporada con la mayoría de PLC’s,
incluyendo la entrada al mercado de ingenieros mecánicos,
electricistas y técnicos para configurar estas interfaces por
sí mismos, sin la necesidad de un programa hecho a
medida escrito por un desarrollador de software.
2.3 DEFINICIÓN DE TERMINOS BÁSICOS
ACTUADOR: Dispositivo que transforma señales eléctricas en diferente
tipo de energía, produciendo un efecto sobre un proceso (normalmente
bajo un esquema de control).
ANALÓGICA: Representación continua de variables físicas, como la
tensión o la intensidad. Algunas computadoras y una gran cantidad de
equipos de prueba y de medición usan circuitos analógicos.
AUTÓMATA: Mecanismo artificial que imita comportamientos de la vida
real (del griego automatos = actuar por sí mismo).
46
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL: Aplicación de sistemas mecánicos,
eléctricos o electrónicos, dentro de un sistema autogobernado, a tareas
normalmente realizadas por un ser humano o que no pueden ser realizadas
por él. Ejecución automática de tareas industriales, administrativas o
científicas haciendo más ágil y efectivo el trabajo y ayudando al ser
humano
BASE DE DATOS: Colección de datos organizada de tal modo que el
computador pueda acceder rápidamente a ella. Una base de datos
relacional es aquella en la que las conexiones entre los distintos elementos
que forman la base de datos están almacenadas explícitamente
BUS DE CAMPO: Arquitectura de control que usa comunicación digital,
serial, multidrop y de doble vía entre dispositivos de campo inteligentes y
sistemas de control y monitoreo.
CODIFICADOR: Dispositivo de realimentación que convierte un
movimiento mecánico en señales eléctricas, las cuales indican la posición
de un actuador. Se tiene codificadores incrementales y absolutos,
dependiendo de si sus salidas indican cambios incrementales o absolutos
de la posición
CONTROL: Selección de las entradas de un sistema de manera que los
estados o salidas cambien de acuerdo con una manera deseada.
CONTROL LÓGICO: Control en el cual, de acuerdo con unos eventos que
se dan en una secuencia determinada, se toma una acción de un número
limitado de posibilidades (por lo general, de encendido o apagado: on-off).
47
DIAGRAMA DE BLOQUES: Método gráfico de representación de un
sistema dinámico, el cual utiliza bloques para representar un subsistema y
flechas para indicar la dirección del flujo de señales
ENTORNO: Conjunto de todos los factores externos o fuerzas que están
más allá de la influencia de un sistema, pero que no obstante afectan las
consecuencias de sus acciones.
ENTRADA: Cualquier evento externo (dato, conocimiento u opinión) que se
provee a un sistema para modificar el sistema de cualquier manera.
FIFO: Acrónimo de “First In First Out” (Primero en entrar primero en salir).
Representa el orden en el que se procesa la información en un “buffer” o
cola.
FIRMWARE: Los programas que funcionan dentro del ordenador
relacionados íntimamente con el hardware. El firmware puede alterarse,
hasta cierto punto, por medio del software
INFORMACIÓN: Conjunto de DATOS organizados y correlacionados que
se generan, almacenan, analizan, interpretan o transmiten para formar un
mensaje que cambia el estado de conocimiento del sistema que recibe el
mensaje.
INTERFAZ: “Interface”. Conexión mecánica o eléctrica que permite el
intercambio de información entre dos dispositivos o sistemas.
Habitualmente se refiere al software y hardware necesarios para unir dos
elementos de proceso en un sistema.
LÓGICA: Del griego clásico “logos” (la razón, principio que gobierna al
universo). Conjunto de reglas usadas para gestionar inferencias creíbles
48
MÁQUINA: Artificio o conjunto de aparatos combinados para recibir cierta
forma de energía, transformarla y restituirla en otra más adecuada o para
producir un efecto determinado
MEMORIA: Área de almacenamiento temporal para información y
aplicaciones. Dispositivo de un ordenador que almacena datos y
programas. Mecanismo o mecanismos utilizados por el ordenador para
guardar la información y los programas que se procesan
OPTIMIZACIÓN: Actividad que intenta la búsqueda de la mejor (óptima)
solución a un problema
PERIFÉRICO: Dispositivo externo o interno que se conecta al ordenador
PLC: “Programmable Logic Controller”. Controlador Lógico Programable.
Computador digital apto para ambientes industriales que se utiliza para la
automatización de los procesos
PROCESAMIENTO DE DATOS: Técnicas eléctricas o mecánicas usadas
para manipular datos para el empleo humano o de máquinas.
PWM: “Pulse-width modulation” (modulación por ancho de pulso). Método
de transmisión de una señal de forma binaria usado amplificadores y
controladores de voltaje y corriente, logrando mayor eficiencia que una
transmisión continua.
REGULADOR: Sistema que determina (selecciona) y hace cumplir
(mantiene) los parámetros operativos de otro sistema. El regulador puede
ser o no un subsistema del sistema que está siendo regulado
ROBOT MANIPULADOR: multifuncional y reprogramable, diseñado para
mover materiales, piezas, herramientas o dispositivos especiales, mediante
49
movimientos programados y variables que permiten llevar a cabo diversas
tareas.
ROBUSTEZ: Cualidad de un sistema dinámico que lo hace capaz de
soportar cambios, presiones o tensiones en el ambiente o sistemas con los
que interactúa con mínimo daño, alteración o pérdida de funcionalidad.
50
3. DISEÑO / DESCRIPCIÓN DE LA HERRAMIENTA / MODELO / SISTEMA
3.1 ANALISIS DEL MODELO / HERRAMIENTA / SISTEMA
Con la finalidad de cumplir con el Objetivo General planteado al inicio de
esta tesina, es que describo mi propuesta de Solución, en función de
optimizar el proceso de corte de prendas en la empresa TEXTIL FASOL
S.R.L., mediante el uso de la Tecnología de Los controladores Lógicos
Programables.
Así mismo, me propuse alcanzar dos objetivos específicos que me
conlleven a la obtención del Objetivo General en esta tesina.
En ese sentido describo a continuación mi propuesta de solución:
Para el tendido de la tela en forma automática, propongo transmitir vía
una interface, las órdenes directamente desde la estación de diseño,
que estará formada por una computadora, conteniendo un software que
permita establecer los patrones de telas, con lo que se eliminará los
errores y se optimizará el flujo de información.
La orden de extendido se inserta directamente en el plan de producción,
archivándolo en su memoria. Con ello se reducen las pérdidas de tela
en los extremos debido a la precisión de posicionamiento lograda con el
controlador Lógico programable y además es capaz de realizar la
51
mayoría de los métodos del extendido: desde el corte en fin de capa,
hasta el tubular o zig-zag.
El método de trabajo del tendido automático, está basado en que el
prototipo a desarrollar posee un motor que mueve todo el coche de
tendido e incluso tiene una plataforma para que el operario vaya junto
con el coche a lo largo de la mesa sin tener que caminar
(concentrándose únicamente en la calidad del tendido)
En la computadora ya mencionada, el operador programa:
• El largo del tendido
• La cantidad de paños
En el prototipo a desarrollar considero que si la tela estuviera bien, el
operario podría programar por ejemplo: que la máquina extendiera 5
paños de 9.62 mts. en zigzag, poner la máquina a caminar e irse y que
cuando la máquina se queda sin tela, automáticamente se detenga.
Para el corte automático, en el programa contenido en la computadora,
la máquina de corte recoge los datos del computador (al igual que el
plotter) pero en vez de ‘plottear’ corta la tela. La cual se desplaza sobre
rieles y viaja de una mesa a otra, ya que el prototipo de desarrolla con
un cabezal móvil y usa una cuchilla similar a las maquinas manuales
que usan los cortadores, esta cabeza móvil está montado sobre un
52
puente (por el que se desplaza) y a su vez el puente se desplaza a lo
largo del área de corte de la cortadora.
El método de trabajo del corte automático, tal como se considera en el
prototipo será de la siguiente forma:
• La cortadora se sitúa al extremo de una mesa de corte
• Se coloca el comienzo de la tela extendida sobre la cortadora
• Se coloca un plástico sobre la tela
• La cortadora que cuenta con una turbina para aspirar creara un vació
gracias al plástico que esta sobre la tela y no permitirá que la tela se
mueva.
• Luego un cabezal de corte de cuchilla (similar al que usan los
cortadores manuales) efectúan el corte de la tela dentro del área en la
que le es posible moverse.
• Luego la cortadora avanzara sobre la tela para seguir cortando
mientras que lo cortado quedará sobre una banda de descarga,
buscando una calidad óptima como si hubiera sido troquelada.
El prototipo a desarrolla considera dos tipos de cuchilla:
Máquina de Cuchilla vertical: Se debe considerar su potencia y su
tamaño (capacidad de corte de una capa hasta 12’).
Existen dos clases de fuerzas que deben suministrarse a la máquina. La
fuerza motriz (para la carrera de la cuchilla) y la fuerza aportada por el
53
operario; para impeler la máquina por la tela extendida, donde una
afecta a la otra.
Máquina de Cuchilla Circular: Se usa para cortar líneas curvas, el grado
de precisión varía desde la capa superior hasta la capa inferior del
tejido. Las capacidades de corte varían desde una capa hasta 6’, según
el tamaño de la máquina.
Gráfico N° 24: Mesa de corte y tendido del Prototipo Propuesto
54
Este prototipo propone que el puesto de control se encuentre al lado
derecho, es decir, en el lado opuesto al punto cero de la máquina. La
Chimenea de evacuación de aire y el mástil de alimentación deben estar
colocados en el lado contrario al puesto de control.
3.2 CONSTRUCCIÓN, DISEÑO O SIMULACIÓN DE LA
HERRAMIENTA/MODELO/SISTEMA
a. A NIVEL DE HARDWARE
El prototipo a construir permite el tendido y cortado de telas,
controlado a través de un PLC y a su vez es monitoreado por un
software de supervisión. Este sistema se encuentra compuesto en
dos partes elementales: la primera es el hardware que se
conforma por los elementos finales de control, motor encoder,
circuito driver para el control del motor, sensores magnéticos,
pantalla HMI y un módulo PLC; la segunda parte fundamental es el
software que en se encuentra desarrollado por TwidoSuite de
Telemecanique y la supervisión y diseño del trazado de tela por
Vijeo-Designer.
El conjunto del Hardware que conforma la máquina para realizar el
tendido y corte de telas se puede separar en seis subsistemas
elementales:
• Panel de Conexiones
• Circuito Control Entradas PLC
• Circuito Control Bidireccional del Motor Encoder eje XY
55
• Cilindros y Electroválvulas
A continuación se describe el panel de conexiones implementado en
el cual se muestran cada una de las entradas y salidas del módulo.
Este panel permite un reconocimiento práctico al momento de realizar
las conexiones con el PLC.
Gráfico N° 25: Panel de conexiones
A continuación muestro una tabla especificando las entradas,
actuadores y fuentes de alimentación, especificando su dirección:
S1 S1: Sensor 1, cilindro 1
S2 S2: Sensor 2, cilindro 1
S3 S3: Sensor 3, cilindro 1
S4 S4: Sensor 4, cilindro 1
Y1 Electroválvula 1, cilindro 1
+10V 10V Circuito control de giro
-10V Referencia fuente 10V
+5V 5V Fuente encoder
-5V Referencia Fuente 5V
IN0 Entrada 0 del PLC
IN1 Entrada 1 del PLC
+24V Fuente PLC y común conexión de sensores
-24V Referencia
GND Común electroválvulas
Cuadro N° 2: Generalidades del panel de Conexiones
56
Así mismo para acoplar la parte eléctrica con el controlador Lógico
Programable, utilice el siguiente circuito. Este circuito permite reforzar
la tensión de los pulsos de las salidas del motor encoder,
direccionándolas a su vez a las entradas del PLC, para determinar el
número de pulsos y de esta manera sincronizarlos con el rango
prefijado, indicando, determinado caso, si está por encima o por
debajo de los límites permitidos en el diseño.
Gráfico N° 26: Circuito de control de Entradas al PLC
La señal de pulsos rectangulares que suministran las salidas del
encoder tiene un nivel de +5V y están dirigidas a las bases de los
transistores NPN. La configuración de colector abierto permite
aumentar la ganancia del sistema, elevando la señal de tensión a un
57
valor de +24V, suministrado por la fuente externa. Esta señal es
enviada a las entradas del PLC para su respectiva valoración dentro del
programa.
En el caso de los Motores Encoder para el desplazamiento de los ejes
XY, se utilizó un motor DC con encoder marca HITACHI. En base a las
especificaciones técnicas, el encoder que genera cien pulsos en una
vuelta del motor, con este valor se evaluó que cantidad de te la
avanzaba (en centímetros), dependiendo el valor dado en la pantalla
se le daba al contador la cantidad de pulsos necesarios para el
tamaño de cada pieza en la tela.
Gráfico N° 27: Motor encoder para el desplazamiento XY
Tipo D04A321E
Voltaje 24V
Potencia de salida 21W
Pulsos/vuelta 100 pulsos
Cuadro N° 3: Características del Motor Encoder
58
Para desarrollar el prototipo se utilizaron un cilindro de doble
efecto, este cilindro es el encargado de bajar la cuchilla para realizar
los cortes de las p iezas y el corte final de la tela, la posición para
el corte se controla a través de sensores magnéticos, que son los
encargados de definir hasta donde baja el embolo del cilindro y así
determinar el corte a realizar. Los cilindros de doble efecto, poseen
camisa en acero inoxidable y anillo magnético Standard, no
requieren lubricación, y son resistentes a la corrosión.
Gráfico N° 28: Cilindro Neumático de doble efecto
Finalmente en el prototipo se u t i l i za dos electroválvulas. Para el
cilindro se utiliza una electroválvula 5/2 con impulso eléctrico bilateral
porque se necesita que el cilindro tenga dos posiciones, una
posición es cuando no se encuentra sobre la tela y la otra cuando se
hace el corte.
La electroválvula 5/2 con impulso eléctrico bilateral, está en su estado
de reposo y las dos salidas A y B se encuentran bloqueadas dejando
el cilindro en un estado de memoria. Cuando se aplica corriente a
la bobina superior, el Terminal B queda expuesto a la presión P, y
59
el Terminal A queda expuesto al tanque de almacenamiento
haciendo que el cilindro avance. Si se energiza la bobina inferior el
terminal A queda expuesto a la presión P y el terminal B queda
conectado al tanque de almacenamiento haciendo que el cilindro
retroceda.
Gráfico N° 29: Diagrama de Válvula Electroneumatica de 5/2
Gráfico N° 30: Válvula Electroneumatica de 5/2
b. A NIVEL DE SOFTWARE
El software empleado en el desarrollo del proyecto es TWIDOSUITE
de TELEMECANIQUE suministrado por SCHENEIDER ELECTRIC.
Se debe abrir el programa TWIDOSUITE para iniciar el desarrollo del
60
programa. La siguiente figura muestra la ventana de inicio.
Gráfico N° 31: Ventana de Inicio del TwidoSuite
Se elige la opción “Programming” Mode, seguidamente aparece otra
ventana la cual permite crear un nuevo proyecto.
Gráfico N° 32: Ventana de Inicio del TwidoSuite
61
Se elige el PLC que se va a utilizar; para observar las referencias
disponibles se dirige el cursor al link “Bases – Compact”; para este
proyecto se utilizó el PLC de referencia TWDLCAE40DRF.
Gráfico N° 33: Ventana de Selección del PLC
Para el prototipo desarrollado, se utilizó un contador de Alta velocidad
(VFC). El contador muy rápido es utilizado para contar la cantidad de
pulsos enviados por el encoder del motor de DC, las salidas del
encoder se conectan a las entradas transistorizadas del PLC, que son
las encargadas de recopilar los datos y llevarlos al contador muy
rápido.
62
El contador muy rápido se etiqueta dentro del PLC como %VFC, el
controlador Twido trae dos contadores muy rápidos, cada uno
trabaja con cuatro entradas para un total de ocho entradas que van
desde %I0.0 hasta %I0.7. Trabaja con cuatro salidas cada uno con
dos, en el %VFC0 son %Q0.0 y %Q0.1.
Gráfico N° 34: Función Contador de Alta velocidad del PLC
Donde la especificación de las entradas y salidas del contador se
especifica a continuación:
IN: Para habilitar la función S: Inicialización
F: Lleva el conteo del motor
U: Dirección del conteo, ascendente o descendente
TH0 y TH1: son los umbrales de disparo para la velocidad del motor
63
Por otro lado también utilice la interfaz VIJEO-DESIGNER, esta
interfaz es la encargada de mostrar al usuario una manera práctica
de introducir los datos de las dimensiones que definen el las piezas
a cortar de la tela, además permite dar inicio y culminación al
proceso de corte.
Gráfico N° 35: Pantalla de introducción al Vijeo-Designer
Gráfico N° 36: Panel de Trabajo
64
Gráfico N° 37: Dimensionamiento de las Piezas a cortar
Finalmente el prototipo construido se muestra en la siguiente imagen:
Gráfico N° 38: Imagen del Prototipo desarrollado
65
3.2 FACTIBILIDAD TÉCNICA OPERATIVA
Para la factibilidad Técnica Operativa del proyecto, muestro a
continuación el funcionamiento de la programación del Controlador Lógico
Programable y cómo éste controla sus elementos actuadores que se
encuentran relacionados con los elementos de control del prototipo
desarrollado.
Gráfico N° 39: Simulación del estado de funcionamiento de la actuadores del
Prototipo de la Maquina de Corte – Paso 1
66
Gráfico N° 40: Simulación del estado de funcionamiento de la actuadores del
Prototipo de la Maquina de Corte – Paso 2
67
Gráfico N° 41: Simulación del estado de funcionamiento de la actuadores del
Prototipo de la Maquina de Corte – Paso 3
68
En las tres simulaciones, lo que se consiguió es verificar si el
controlador ejercía dominio sobre los elementos actuadores,
consiguiendo de esta forma que tanto las válvulas electroneumáticos,
los cilindros de doble efecto y los servo motores para el
desplazamiento XY de las cuchillas del prototipo, funcionen
correctamente al momento de desarrollar las pruebas.
Por otro lado se obtuvo la siguiente información a partir de la ficha
técnica:
PRUEBAS REALIZADAS SOBRE
EL PROTOTIPO Tiempo
Estado de la Pieza de tela
Malo Regular Bueno
Tiempo de demora del tendido de 5
metros de tela x 50 capas de telas.
20
minutos
x
Tiempo de cortado de 5 metros de
tela x 50 capas de telas.
12
minutos
x
Precisión del corte de tela x
Consumo de tela 50 Kilogramos
Observaciones generales: Pruebas realizadas sin inconvenientes
Cuadro N° 4: Ficha técnica del funcionamiento del Prototipo
3.4 CUADRO DE INVERSIÓN
Considerando el análisis previamente realizado en los Item’s anteriores,
respecto al prototipo propuesto, establezco el siguiente cuadro de
69
inversión, especificando la cantidad de componentes y el costo individual
de estos.
Cuadro N° 5: Inversión Total para el desarrollo del Prototipo
ITEM DESCRIPCION CANTIDAD Costo/ Unidad Costo Total
01 Controlador Lógico Programable
Telemecanique 1 S/.5260.00 S/. 5260.00
02 Licencia del Software Twido administrador
del PLC 1 S/. 1570.00 S/. 1570.00
03 Base de la máquina cortadora de tela 1 S/. 5337.00 S/. 5337.00
04 Servomotores ( Motor encoder) 2 S/. 1946.00 S/. 3892.00
05 Soporte de desplazamiento 1 S/.3950.00 S/. 3950.00
06 Sistema de tendido de tela 1 S/. 3014.00 S/. 3014.00
06 Válvula Electro neumáticas 5/2 2 S/. 439.00 S/. 878.00
07 Cilindro neumáticos de Doble efecto 1 S/. 820.00 S/. 1640.00
08 Sensores Magnéticos 4 S/. 201.50 S/. 806.00
09 Pantalla HMI 1 S/. 2576.00 S/. 2576.00
10 Software Vijeo-Designer 1 S/. 2784.00 S/. 2784.00
11 Otros Accesorios 1 S/. 3000.00 S/. 1000.00
12 Mano de Obra 6 S/600x30 días
S/. 18000.00
INVERSIÓN TOTAL S/. 50,707.00
70
3.3 REVISIÓN Y CONSOLIDACIÓN DE RESULTADOS
ANÁLISIS COSTO – BENEFICIO
Se determina la Factibilidad del proyecto de acuerdo con la metodología
del análisis costo-beneficio, mediante la cual se identifican, cuantifican y
valoran los costos y beneficios atribuibles a la ejecución del proyecto, a
partir de una comparación de la situación sin proyecto versus la situación
con proyecto.
Considerando que actualmente, el proceso de tendido y corte de tela es
de forma manual, se puede percibir las pérdidas económicas debido al
alto consumo de tela y esto por la poca precisión en la obtención de la
piezas
De igual forma otro punto importante que incluyo para este análisis, es la
cantidad de trabajadores encargada de este proceso, que en su totalidad
son 48. Esta cantidad está referida a las sub áreas de tendido (25), corte
(15) y enumerado (8). Ahora con el prototipo desarrollado consigo obtener
mayor cantidad de cortes de pieza tomando como referencia un mismo
tiempo, y es necesario precisar que este prototipo no reemplazará
completamente a todos los trabajadores, ya que dimensionalmente es
limitado. Es en ese sentido, que a continuación detallo en los siguientes
cuadros.
71
Cuadro N° 6: Análisis COSTO – BENEFICIO
SITUACIÓN ACTUAL SITUACIÓN MEJORADA AHORROS
GASTOS ASOCIADOS AL
PROCESO
Cantidad Precio Unitario Sub Total Cantidad Precio
Unitario Sub Total Ahorros
Pago al personal dedicado al
proceso de tendido de tela 25 S/. 750.00 S/. 18750.00 10 S/. 750.00 S/. 7500.00 S/.11250.00
Pago al personal dedicado al
proceso de corte de tela 20 S/. 800.00 S/. 16000.00 4 S/. 800.00 S/. 3200.00 S/. 12800.00
Gastos generados por la codificación
de las piezas de corte 8 S/. 700.00 S/. 5600.00 8 S/. 700.00 S/. 5600.00 S/.0.00
Gastos generados por la poca
precisión del uso de la tela 250Kg S/. 30 S/. 7500.00 50Kg S/30.00 S/. 1500.00 S/. 6000.00
AHORRO TOTAL S/. 30,050.00
72
S/.18,750.00
S/.16,000.00
S/.5,600.00
S/.7,500.00
S/.11,250.00
S/.3,200.00
S/.5,600.00
S/.1,500.00
S/.0.00
S/.2,000.00
S/.4,000.00
S/.6,000.00
S/.8,000.00
S/.10,000.00
S/.12,000.00
S/.14,000.00
S/.16,000.00
S/.18,000.00
S/.20,000.00
Pago al personaldedicado al procesode tendido de tela
Pago al personaldedicado al proceso
de corte de tela
Gastos generados porla codificación de las
piezas de corte
Gastos generados porla poca precisión del
uso de la tela
CUADRO COMPARATIVO SITUACIÓN REAL VS SITUACIÓN MEJORADA
De estos datos podemos establecer las siguientes comparaciones:
Cuadro N° 7: Comparación Situación Actual vs Situación Mejorada
En ese sentido podemos establecer que:
Beneficio Obtenido expresado en soles es de: S/. 30,050.00
Costo de Inversión es de: S/. 50,707.00
Así mismo, si consideramos que se tiene como meta un plazo no mayor a 12
meses, para recuperar el capital invertido en la implementación de este proyecto.
73
Entonces de lo obtenido anteriormente podemos establecer que si en un mes se
obtiene un beneficio de S/. 21947.00, al cabo del plazo máximo estipulado para la
recuperación del capital invertido, se obtendrá un ahorro de S/. 360,600.00.
Lo cual, nos indica que el monto supera al capital invertido para la implementación
del proyecto, es decir podemos concluir que el proyecto es FACTIBLE.
-
74
CONCLUSIONES
1. Se demuestra que la aplicación de nuevas tecnologías aumenta la
productividad y la rentabilidad en el proceso de producción de prendas de
vestir.
2. Los Controladores Lógico Programables PLC’S tienen una gran aplicación
en el desarrollo de los procesos industriales por su gran versatilidad en la
programación de los procesos productivos.
3. La automatización industrial tiene una influencia directa en el desarrollo de
la industria.
4. Con el uso de nuevas tecnologías se logra tener una gran calidad y control
de los productos con estándares internacionales y ser más competitivos a
nivel internacional.
5. En la zonza del emporio gamarra se recomienda usar estar nuevas
tecnologías para mejorar su proceso de producción y reducir los costos de
producción.
75
BIBLIOGRAFÍA
1. ELECTRONICA INDUSTRIAL MODERNA
Timothy J. Maloney - Pearson Educación
Quinta edición-2007
2. SISTEMAS DE CONTROL AUTOMATICO
Benjamin C. Kuo - Prentice Hall
Novena Edición 2007
3. FUNDAMENTOS DE CONTROL DE MOTORES ELECTRICOS EN LA
INDUSTRIA
Enriquez Harper - Limusa
Cuarta Edición 2006
4. INGENIERIA DE CONTROL MODERNA
Katsuhiko Ogata - Prentice Hall
Quinta Edición 2006
5. Schrader B, Merckle D., Hidráulica, Ed. Festo Didactic 1992
6. Rouff C, Waller D., Electroneumática, Ed. Festo Didactic 1993
7. Broadbent S, Bonner D., Neumática, Ed. Festo Didactic 1992
8. Deppert W, Stoll K., Dispositivos Neumáticos, Marcombo 1992
9. Software: FluidSim (hidráulica y neumática), Automation Studio.
76
ANEXOS
SIATUACION PROBLEMÁTICA
77
SITUACION MEJORADA
78