el proyecto seleccionado para la entrega propuesta es una “línea de...

1. Layout con dimensiones de conjunto:

El proyecto seleccionado para la entrega propuesta es una “Línea de Producción de

Ladrillos Arcillosos”, y en esta primera parte se llevará a cabo el análisis del conjunto desde un

punto de vista esquemático, analizando la disposición de los elementos, el funcionamiento

básico del conjunto y las especificaciones asociadas a todos los elementos funcionales, tanto los

aspectos dimensionales como los operativos.

En la primera imagen contigua (“Esquema general de línea”) se observa una distribución

esquemática del conjunto donde podemos observar los elementos funcionales representados

de forma aproximada y sin intención alguna de representar la distribución final del conjunto.

Observamos cuatro zonas básicas en las que podría dividirse el conjunto. Una primera

parte de alimentación y mezclado donde se procederá al llenado de tres depósitos medidores

de arcilla, agua y aleantes. Estos depósitos una vez llenados (actividad ajena al estudio realizado)

se verterá sobre el tanque mezclador donde pasará un tiempo determinado hasta

homogeneizarse la mezcla. La segunda parte se podría entender como una zona de extrusión,

donde un tornillo sin fin recogerá la mezcla homogeneizada para comprimirla y extruirla a través

de un perfil rectangular con el que se obtendrá la forma deseada. En la tercera parte se llevará

a cabo la división del bloque de extrusión mediante la utilización de cinco válvulas capacitadas

con herramientas de corte apropiado en sus extremos. La cuarta zona se puede entender como

una etapa de secado donde las piezas ya seccionadas pasarán a través de un horno térmico de

resistencias donde las piezas se endurecerán durante un tiempo determinado.

Todo el transporte entre las zonas de extrusión, corte y secado se llevará a cabo a través

de cintas transportadoras motorizadas y temporizadas. La idea fundamental de la línea de

producción es la realización de ciclos de seis ladrillos cada vez que el operario active el ciclo. Esto

se conseguirá a partir de controlar las mezclas asociadas para dichos seis ladrillos, tiempos

necesarios de mezclado y extrusión para la cantidad estipulada, y tiempos justos de activación

de las cintas de transporte para el correcto transporte y secado de los ladrillos.

A continuación, se llevará a cabo un análisis más exhaustivo de cada una de las cuatro

zonas, analizando la forma operativa precisa de la zona y los componentes asociados a cada una

de estas etapas para poder analizar cada uno de estos aspectos más profundamente

posteriormente.

Antes de analizar cada una de las zonas del proceso, se han creado unos modelos en 3D

(programa utilizado: “SketchUp 2018”) que dan lugar a una idea más clara del posicionamiento

general de la maquinaria. Observamos en las fotos contiguas tres vistas desde diversos ángulos

(alzado derecho, frontal e izquierdo) con algunos rasgos distintivos a comentar, como por

ejemplo la zona de mezclado que se ha optado por seccionar parcialmente para que se visualice

su funcionamiento interno.

Zona 1: Abastecimiento y mezcla.

De izquierda a derecha, respecto al alzado, tenemos un depósito de arcilla (Dep1), otro

de agua (Dep2) y un tercero de aleantes (Dep3) para mejorar las propiedades de la mezcla. Estos

depósitos irán anclados a la pared del centro de producción mediante cuatro anclajes de

seguridad (AnclDep) y estarán alimentados por la zona superior según la demanda disponible de

la fábrica.

La liberación de materia de cada uno de los depósitos estará controlada por tres válvulas

neumáticas de apertura (V1, V2 y V3) que se abrirán cuando cada uno de los sensores asociados

al nivel de llenado del propio depósito (S1, S2 y S3) envíen la señal de que la materia requerida

de cada depósito ya está acumulada.

La apertura de las tres válvulas supondrá la caída de los materiales sobre un depósito

troncocónico (Dep4) donde, a través de un motor eléctrico (M1), se llevará a cabo la

homogenización de la mezcla durante un tiempo concreto (R1). Una vez homogeneizada la

mezcla, se liberará a través de la válvula neumática (V4), pasando así la mezcla a la siguiente

etapa. Se debe comentar que las paletas de mezclado tendrán distribución circular y todo el

depósito de mezcla (Dep4) estará apoyado en el suelo de la fábrica sobre unos soportes de acero

de alta resistencia (SoportDep4).

Zona 2: Zona de extrusión.

En esta zona se llevará a cabo la extrusión de la materia previamente homogeneizada a

través de un tornillo (TorExtr) sin fin alimentado directamente desde la salida del depósito de

mezcla (Dep4). Dicho tornillo será activado mediante un motor eléctrico (M2) y actuará un

tiempo previamente estimado (R2) según la mezcla disponible en la etapa previa para una

completa extrusión de la misma. Esta maquinaria estará apoyada sobre el suelo mediante unos

soportes de acero de alta resistencia (SoportTorn).

Zona 3: Zona de sección y transporte.

Esta zona comprende la primera cinta transportadora (Cint1) sobre la que se habrá

depositado el material extruido en forma rectangular de la etapa previa. Las cinco válvulas (V5,

V6, V7, V8 y V9) preparadas con cinco piezas de corte (PiezaCorte) respectivamente se activarán

una vez haya finalizado el proceso de extrusión. Al otro lado de la cinta transportadora (zona

opuesta al lado de las válvulas) se colocará una plataforma de apoyo (PlatCorte) sobre la que se

empujará el bloque durante la etapa de corte.

La cinta transportadora (Cint1) se activará mediante un motor eléctrico (M3) durante

un tiempo preciso (R3) para trasladar los seis ladrillos seccionados hasta la siguiente etapa.

Zona 4: Zona de transporte, secado y almacenamiento.

En esta cuarta etapa, los ladrillos previamente cortados, se transportarán a través de

una segunda cinta transportadora (Cint2) la cual pasará a través de horno de secado (HornoSec)

desembocando en un contenedor de almacenaje (Cont) donde caerán los ladrillos ya terminado.

La cinta de transporte deberá ser capaz de resistir las altas temperaturas del horno de

secado, el cual se encenderá a través de un motor de arranque asociado (M5), y será activada

mediante un motor eléctrico (M4) durante un tiempo preciso (R4) para que los seis ladrillos

pasen un tiempo adecuado en la zona de secado y caigan en el carro de almacenamiento

(CarroAlm).

Se considera que tanto las dos cintas de transporte como el horno de secado irán

apoyados sobre el suelo de la fábrica con los apoyos propios que les añada el fabricante. El carro

de almacenaje seguirá la misma forma de apoyo que los anteriores estando dispuesto de unas

ruedas de bajo coeficiente de rozamiento (RuedaRoz) para un posterior transporte más fácil.

2. Componentes no comerciales:

En esta sección analizaremos los diversos componentes que consideramos no

comerciales, es decir, no se analizará la maquinaria en sí de fabricación si no los elementos

secundarios para hacer factible la composición estructural.

a. Anclajes de seguridad (AnclDep): para estos elementos se ha optado por anclajes metálicos

con gancho de acero inoxidable para asegurar un agarre fuerte y una reducción de la acción

oxidante que pudieran originar los materiales de alimentación del proceso. Cada depósito

requerirá cuatro anclajes por lo que se precisarán un total de 12 unidades. Las características

técnicas del producto son: Profundidad Taladro: Ø 8, Rosca métrica: M6, Profundidad: 45mm.

b. Depósitos de alimentación (Dep): en este caso se han optado por tres depósitos troncocónicos

de capacidad baja-media puesto que los ciclos de actuación no requerirán grandes cantidades

de material de aporte. Las características técnicas de estos depósitos son, según el fabricante,

las siguientes: Capacidad: 250L, Altura: 660mm, Material: Acero inoxidable.

c. Depósito mezclador (Dep4): en este depósito se lleva a cabo la homogeneización de los

componentes y para ello se ha seleccionado un depósito de palas de tornillo cónico. El depósito

está fabricado en acero inoxidable lo cual evita corrosiones y tiene una capacidad aproximada

de 30 metros cúbicos.

d. Cintas transportadoras (Cint): en este caso tenemos que diferenciar dos cintas diferentes. La

primera será una cinta común modular de aluminio y tendrá dos metros y medio de longitud.

Por otro lado, la segunda cinta será una cinta transportadora de acero al carbono (de seis

metros) a fin de soportar las altas temperaturas al paso por el horno de secado.

e. Contenedor de almacenaje (Cont): para el contenedor de almacenaje final se ha optado por

uno simple de la marca “Esnova” con una capacidad de 5 metros cúbicos. Dicho contenedor está

fabricado en acero de alta resistencia para evitar deformaciones causadas por posibles golpes

superficiales.

f. Tornillo sin fin extrusor (TorExtr): con este aparato procedente de la marca “Buhler” se

consigue conformar la mezcla homogeneizada en forma de bloque rectangular mediante el uso

de un tornillo sin fin compresor que actúa en el interior.

g. Horno de secado (HornoSec): dicha máquina alcanzará altas temperaturas para finalizar la

conformación de los ladrillos, pudiendo ser así almacenados posteriormente. Se optado

igualmente por un producto de la marca “Buhler” con el que se podrá eliminar el excedente de

humedad sin comprometer la resistencia mecánica de los ladrillos.

3. Componentes comerciales:

En esta sección se llevará a cabo el estudio de los componentes comerciales

fundamentales que permiten las diversas acciones de la línea de automatización. Para la

selección de estos se ha optado por el catálogo de la empresa FESTO.

3.1 Cilindros de doble efecto: se requerirán cuatro unidades para el control de apertura de los

depósitos de alimentación, y otros cinco para la zona de corte. Se ha optado en este caso por

“Cilindro normalizado DSBC” con las siguientes características:

Cilindros universales

Perfil estándar con dos ranuras para sensores

Numerosas variantes

Diámetro: 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125 mm

Carrera: 1 ... 2800 mm

Fuerza: 483 ... 7363 N

Doble efecto

Detección de posiciones

Amortiguación fija / regulable / autorregulable

3.2 Sensores de posición: en este caso serán necesarios 19 sensores de fin e inicio de carrera

para los cilindros de doble efecto, 3 para los depósitos da alimentación y 4 extras para el control

en las zonas de mezcla, extrusión, posicionamiento para el corte y fin de operación de corte. Se

ha optado en este caso por “Transmisor de posición SMAT” con las siguientes características:

Zonas de detección 50 mm, hasta 40 mm

Salida analógica 0 ... 10 V, 0 ... 20 mA

Conexión eléctrica M8

Reproducibilidad ±0,064 mm, +/-0,1mm

3.3 Reguladores de caudal con antirretorno: serán necesarias 8 unidades a fin de controlar las

velocidades de salida y recogida de los cuatro cilindros que controlan la apertura y cierre de

caudales. Se ha optado en este caso por “Válvula reguladora de caudal GRLO” con las siguientes

características:

Conexión M3, M5

Racores de 3, 4 mm

Caudal 0 ... 40 l/min

Válvula reguladora de caudal.

3.4 Motores de arranque: serán necesarios 5 motores de arranque para iniciar el cada uno de

los procesos asociados (mezclado, extrusión, dos cintas transportadoras y horno de secado). Se

ha optado en este caso por “Servomotor EMME-AS” con las siguientes características:

Tamaños 40, 60, 80, 100

Par de apriete 1,4 ... 30 Nm

Tensión 360 ... 565 V DC

Corriente nominal 0,7 ... 4,1 A

Cable apropiado para motor

Brida apropiada para motor.

3.5 Electroválvulas 5/2 NA: serán necesarias 7 unidades capacitadas con control eléctrico y

muelle de recuperación para poder controlar así todos los cilindros del sistema (5 unidades)

además de las señales del control de mando (2 unidades). Las que se encargan de controlar las

señales de mando son de tipo 3/2 por lo que se ha elegido un tipo de producto que permite la

conmutación entre el tipo 5/2 y el 3/2. Se ha optado en este caso por “Electroválvulas VSNC”

con las siguientes características:

Conexión: G1/4, NPT 1/4

Caudal: 900 ...1000 l/min

Tensión: 12, 24, 48 V DC, 24, 48, 120, 230 V AC

Patrón de conexiones según Namur, según VDE/VDI 3845

Accionamiento eléctrico, servopilotaje

Recuperación por muelle mecánico

Numerosos sistemas magnéticos, IEC Ex, FM EX

Conmutación posible de función de 5/2 vías a función de 3/2 vías

3.5 Unidad de mantenimiento: se requiere una unidad de mantenimiento para un mejor control

de la presión de servicio, así como un riguroso control del caudal de entrada al sistema. Se ha

optado por “Unidad de mantenimiento MSE6” con las siguientes características:

Unidad de mantenimiento inteligente, para un funcionamiento energéticamente eficiente de equipos neumáticos

Conexión: G1/2

Caudal: 4500 l/min

Control de fugas de presión

Medición de presión

Medición de caudal

Medición de consumo

Conexión de bus de campo

4. Secuencia de accionamientos del sistema:

Encontramos en el sistema propuesto un panel de control de mandos con dos únicos

accionamientos, un pulsador de marcha (PM) con el que iniciaremos toda la secuencia

productiva, y un segundo pulsador con autoenclavamiento de emergencia (PE) con el que se

detendrán todas las acciones del sistema.

A causa de la complejidad del proceso productivo seleccionado en sí, no tiene sentido

el establecimiento de pulsadores de paro y rearme, puesto que, en caso de parada de

emergencia, todas las acciones que deberían llevarse a cabo para recomponer el sistema son

plenamente humanas. Además, no tendría sentido tampoco un pulsador de paro puesto que el

proceso de producción depende directamente del factor tiempo, y una detención (por ejemplo,

en el interior del horno de secado) podría suponer grandes desventajas al producto final.

Por esta razón, se ha configurado el sistema de tal forma que tras accionar el botón de

parada de emergencia y llevar a cabo las tareas de recuperación pertinentes, el sistema se

rearmará automáticamente (sin necesidad de pulsador alguno). Este rearme consistirá en el

cierre de todas las compuertas de paso de caudal, detención de los motores que estén siendo

accionados y reprogramación de todos los contadores del sistema.

Para entender el funcionamiento del sistema propuesto de una forma más clara, se

expone a continuación un breve mapeo de las principales señales que intervienen en el proceso,

las cuales deberán analizarse en los diversos esquemas de “Automation Studio” propuestos.

4.1 Esquema electroneumático:

En dicho apartado se observa una representación esquemática de la distribución de

elementos del sistema donde, por imposibilidad representativa a causa del planteamiento en

tres dimensiones del sistema, se pretende aun así transmitir la idea de la distribución básica de

los componentes.

4.2 Esquema de potencia:

Distinguimos a continuación el esquema de potencia donde podemos encontrar

diversos accionamientos que activarán y desactivarán una serie de válvulas y relés que pasamos

ahora a analizar respecto al sistema real.

K1= activará el cilindro de apertura de la compuerta de vaciado del primer depósito.

K2= activará el cilindro de apertura de la compuerta de vaciado del segundo depósito.

K3= activará el cilindro de apertura de la compuerta de vaciado del tercer depósito.

K4= activará el cilindro de apertura de la compuerta de vaciado del depósito de mezcla.

K56789= activará los cilindros de corte del material extruido.

KM1= activará el motor asociado a la homogenización de la mezcla y su luz correspondiente.

KM2= activará el motor asociado al tornillo sin fin extruidor y su luz correspondiente.

KM3= activará el motor asociado a la primera cinta transportadora y su luz correspondiente.

KM4= activará el motor asociado a la segunda cinta transportadora y su luz correspondiente.

KM5= activará el motor asociado al horno de secado y su luz correspondiente.

4.3 Esquemas de entradas y salidas (PLC’s):

IN0= hace referencia al pulsador de “Puesta en Marcha”.

IN1= hace referencia al pulsador de “Parada de Emergencia”.

IN2= hace referencia al sensor de llenado del primer depósito.

IN3= hace referencia al sensor de llenado del segundo depósito.

IN4= hace referencia al sensor de llenado del tercer depósito.

IN5= hace referencia al sensor de inicio de carrera del cilindro 1.

IN6= hace referencia al sensor de final de carrera del cilindro 1.

















IN23= hace referencia al sensor externo del depósito de mezcla.

IN24= hace referencia al sensor externo del llenado del tornillo sin fin.

IN25= hace referencia al sensor externo del material extruido.

IN26= hace referencia al sensor externo del material cortado.

OUT0= hace referencia a la activación de la válvula V1.




OUT4= hace referencia a la activación de las válvulas V5, V6, V7, V8 y V9.

OUT5= hace referencia a la activación del motor M1.





OUT10= hace referencia a la activación del relé de la acción “Marcha”.

OUT11= hace referencia a la activación del relé de la acción “Emergencia”.

4.4 Esquemas Ladder:

4.4.1 Esquema Ladder “RUNG1”:

Marca1=1 == pulsador de marcha activado y pulsador de emergencia no activado.

Marca1=0 == pulsador de emergencia pulsado.

Externa1=1 == señal, ajena al proceso, de depósito 1 lleno.

Externa1=0 == señal, ajena al proceso, de depósito 1 aun no lleno.





Marca2=1 == marca del reloj del motor M1.

Marca3=1 == apagado del motor M1.

Marca3=0 == encendido del motor M1.

5. Correspondencias entre sistemas:

A pesar de las previas explicaciones, tanto del funcionamiento real con sus diversas

etapas, como del esquema electroneumático con sus diversos componentes, se va a realizar en

este apartado un análisis mediante el que se pretende correlacionar los principales elementos

del esquema electroneumático con los elementos reales del mismo. Para ello se usará una

metodología de colores comparando entre diversas imágenes ambos sistemas, usando así la

siguiente correspondencia:

Rojo == sensores externos y de posición.

Amarillo == detectores de posición de inicio y fin de carrera de los cilindros.

Azul == cilindros de doble efecto.

Morado == reguladores de caudal asociados a los cilindros correspondientes.

Naranja == electroválvulas 5/2 de selección.

Verde oscuro == motores de accionamiento asociados a cada etapa.

Verde claro == electroválvulas 3/2 de activación y emergencia.

el proyecto seleccionado para la entrega propuesta es una “línea de...

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