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AUTOMATIZACIN DE UNA PLANTA CHANCADORADE PIEDRAS

Redes Industriales Monterrey Nuevo Len a 8 de Marzo de 2011

Caso: Automatizacin de una Planta chancadora de piedras

Instituto Tecnolgico de Estudios Superiores de Monterrey Campus Monterrey Redes Industriales

Caso

Nombre Mariana Aillen Gordillo Sols Jos Aristh Valdiviezo Erik Omar Pizaa Salas

Matricula 802952 799342 799431

Profesor Armando Cespedes Mota

Observaciones:

Automatizacin de un proceso de chancado mediante la implementacin de una red AS-I Introduccin: El proceso de chancado es un proceso empleado en diversas ramas de la industria, entre ellas es posible mencionar a la rama de joyera, construccin y minerales. Existen diversos tipos de plantas y tecnologas a aplicar en los procesos, a su vez, diversas formas de llevar a cabo una automatizacin integral. A continuacin se detallan las especificaciones y el objetivo del proyecto Objetivo: Dentro del proceso se pide automatizar una planta chancadora, que posee un rea de 130 m x 90 m. Para realizar esta labor se pide implementar una red de dispositivos AS-I. Para la realizacin de dicho proyecto se establecieron los lineamientos de investigacin y anlisis del proceso. Para lo cual se obtuvieron las especificaciones que se presentarn a lo largo del presente trabajo integrador. Integracin del proyecto Para poder llevar a cabo las labores de comunicacin y automatizacin es necesario hacer una anlisis detallado de la estructura de la planta, as mismo, se recomienda plantear un lugar estratgico para montar la computadora principal de procesos y el PLC. En el caso de la planta industrial presentada en el caso, se propone colocarla directamente a un costado de la oficina. Esto para facilitar la integracin y monitoreo. El resultado se muestra en la figura 1. Se propone un rea de aproximadamente 30 m2. A su vez, ser necesario hacer una evaluacin de los motores y de la capacidad del proceso, a su vez, el alcance que se pretende obtener con el monitoreo de la red. Para ello el equipo de trabajo propone emplear una red ASi, empleando arrancadores para los motores y a su vez sensores estratgicos. Se colocarn los repetidores en sus respectivos lugares. Para ello se ha propuesto una topologa tipo rbol. La respectiva ubicacin de los repetidores y derivaciones se muestran en la figura 2.

Figura 1. Ubicacin de la sala de control

Figura 2. Diseo preliminar de la red AS-I Justificacin de componentes. Se sugiere la compra de los siguientes componentes: PLC Simatic S7 300. o CPU 317-2 PN/DP. o Master CP 343-2/P (ASi). Cable Plano Amarillo y negro. 1 Extensor de aproximadamente 30 metros. o Para facilitar detalles de ubicacin 2 Repetidores. o Simplicidad y pensando en expansin 13 arrancadores SIRIUS M200D. o Para tener un control de cada motor. 13 Encoders con AS-Interface. o De ser posible colocar uno en cada motor. 9 Sensores de velocidad o Emplear en las bandas transportadoras. 9 mdulos Anlogos. o Empleados para la medicin de sensores adicionales. Sin interfaz ASi 9 sensores para Control de Peso o Empleado para la estabilidad de la planta, as mismo, para no sobrepasar la capacidad del proceso. 7 sensores ultrasnicos para medicin de distancia.

Nota: Las cantidades son aproximadas, pues se requiere de una inspeccin visual y de mayores detalles a nivel de planta para poder corroborar la verdadera necesidad de dichos componentes. Componentes Esenciales 1.-PLC Simatic S7 300. Se emplea este modelo de PLC por la calidad que la marca Siemens ofrece, a su vez, por la amplia variedad y versatilidad que ofrece en su instalacin y configuracin con la red ASi, adems, de que es posible obtener la mayora delos componentes directamente con Siemens. Dentro de los detalles, se elige un CPU 317-2 PN/DP debido a la gran cantidad de propiedades que incluye, adems de que es un modelo nuevo y con capacidad de soportar Profinet sin necesidad de mdulos adicionales. Esta cualidad permitir expandir la red a niveles ms altos de una forma ms sencilla y rpida. A su vez, se adquirir un maestro para la red ASi. Este componente ser un 343-2/P, el cual cuenta con soporte para la versin ASi 3.0, lo cual asegura que no existirn inconvenientes en el nmero de actuadores y sensores conectados en caso de un incremento en el tamao de la planta o de las variables a medir.

Figura 3. CPU propuesto

Figura 4. Maestro ASi propuesto. 2.- Extensor Se propone que el extensor sea como mnimo de 30 mts. En caso de requerir modificaciones en el posicionamiento de las fuentes o en el cableado, esto porque no se tienen detalles de la ubicacin exacta ni si sobre los lugares propuestos existe el lugar suficiente para colocar los componentes. Con esto se ganan unos metros de holgura, lo cual permitir versatilidad a la hora de conectar los componentes.

Figura 5. Extensores

3 .- Repetidores Dado el diseo propuesto, se requerir de dos repetidores, con lo cual se pretende tener una mayor versatilidad en caso de una expansin y evitar problemas de sobrepasar el lmite de 100 mts en las distancias de cableado. Con la inclusin de estos repetidores, adems, se permitir tener varios metros de holgura y se evitar el uso de fuentes de voltaje muy grandes y costosas, pues permitir la distribucin de la corriente con el uso de otras fuentes.

Figura 6. Repetidores para red ASi. 4.- Derivadores A lo largo de la extensin de la red se requerir el uso de derivadores, los cuales se aplicarn a los sensores que as lo requieran para facilitar su uso y empleo en las zonas adecuadas.

Figura 7. Derivadores

5.- Arrancadores Estos son la parte primordial para el control de la planta, pues en base a estos se parar o iniciara el movimiento de las bandas transportadoras, y de los motores involucrados en el funcionamiento de la planta. Cabe mencionar que se eligi este arrancador en particular debido a sus caractersticas favorables y a que tiene la funcin integrada de monitoreo de la temperatura del motor, con lo cual se evitan componentes adicionales y se obtiene un control optimo sobre el proceso. Para poder hacer uso de la cualidad de monitoreo de temperatura es necesario que el motor sea ligeramente modificado, pues se requerir que este tenga un devanado especial dentro del estator. Dado el caso de que no sea posible hacer dicha operacin, se proceder a incluir un sensor de temperatura o un ampermetro por efecto magntico que sea capaz de enviar la seal por va serial. Para ello ya se menciona un mdulo ASi-Serial Rs232.

Figura 8. Arrancador Propuesto. 6.- Fuentes de Poder Dados los requerimientos del arrancador ser necesario incluir una fuente de poder adicional. Dichas fuentes se detallan en las siguientes figuras:

Figura 9. Fuente primaria

Figura 10. Fuente auxiliar

7.- Encoders Los enconders sern colocados en las poleas de las bandas de transmisin de material, para monitorear las velocidades de las bandas y poder tener un aproximado de la cantidad de material abastecido con los parmetros de velocidad y peso.

Figura 11. Encoders Propuestos

8.- Sensores de peso. Los sensores de peso sern esenciales para obtener un control sobre la cantidad de la produccin y que la banda transportadora no se exceda en su capacidad. A su vez, se propone que estos sensores pueden emplearse en la estructura para garantizar una estabilidad en las zonas importantes.

9.- Sensor de distancia. Para lograr un mejor control es til tener cierto conocimiento sobre el nivel de piedras en la tolva, as como en cada uno de los depsitos, por lo cual se requiere del uso de un sensor de distancia. En este caso, se emplear un sensor de distancia ultrasnico. La interfaz empleada ser mediante un convertidor Rs232-ASi, y el modelo elegido es capaz de sensar hasta con 10 mts de distancia.

Figura 12. Sensor de distancia. 10.- Convertidor RS232-ASi Este es uno de los componentes crticos para facilitar la comunicacin con los dems dispositivos,debido a que por el simple hecho de soportar los protocolos de comunicacin serial se presta para ser empleado como base para el sistema de atomatizacin de partes estratgicas, en las cuales puede ser posible que no se obtenga el sensor adecuado con ASi. En este caso, se emplear para el manejo de los sensores de distancia y temperatura donde se requiera. Para su uso, ser necesario elaborar unas bases impermiables sobre las cuales se montar el dispositivo. Esto para aislarlo de factores externos como la suciedad y la lluvia. Se requere que el trabajo se realice de la mejor manera posible ya que de ello depender la duracin y factibilidad de su uso.

11.- Modulos Analogos Estos mdulos servirn para poder obtener los datos de los sensores que ofrezcan como salida un cambio en el voltaje, estos podran ser sensores de temperatura, humedad, etc Su uso depender de la evaluacin fsica de la planta, e inclusive podran llegar a substitur los modulos Rs232-Serial en caso de que se encuentren sensores ms robustos y con capacidades suficientes para monitorear correctamente el proceso.

Figura 13. Modulos Analogos proupestos.

Propuesta base de conexiones de la red ASI:

Diagrama base de la conexin de la red ASI En la siguiente figura se puede observar un diagrama de lo que podra llegar a ser el diseo final de la red ASI, en este diseo se muestra la ubicacin de algunos de los componentes que son necesarios colocar en la red. La presente propuesta slo muestra los componentes esenciales, pues en la parte de los sensores a utilizar se requiere un anlisis ms profundo de la situacin, as como una evaluacin del proceso de forma presencia. Esto debido a que es posible que la planta ya cuente con sus respectivos sensores, en cuyo caso, se incluyen componentes en la red ASi (Modulo RS232-ASi, Modulos anlogos) para poder realizar la interfaz de forma correcta. De igual manera, se dividi en dos zonas debido a la separacin de los componentes empleados y a que de forma visual y por inspeccin se observa claramente segmentada la planta en dichas zonas. A su vez, eso facilita la sealizacin y planeacin de la planta de manera local.

La suma total de derivaciones de la zona 1 da un total de 135 m, y la distribucin es la que se muestra en la figura. Las mediciones con * son aquellas donde se considera una holgura. Se puede observar se respeta la distancia mxima permitida para las trayectorias rectas la cual es de 100 m.

En la zona 2 tenemos un total de 170 m de la red ASI, como se observa fue necesario el uso de 2 repetidores. Con ayuda de los repetidores pudimos cubrir otros 200 metros adicionales lineales.

Proceso de comunicacin para redes de alto nivel Para realizar la interconexin y el monitoreo a distancia, se propuso usar el PLC CPU 317-2 PN/DP, pues contiene uno de los protocolos de Ethenet ms usados en la industria actual, PROFINET. Gracias al uso de este Ethernet industrial es posible llevar a cabo un monitoreo constante de las variables presentadas en la sala de control desde la oficina o de manera remota. Esto mediante el envo de datos mediante la internet, y alojar dichos datos en un servidor donde slo las pesonas con el password pudiesen accesar al monitoreo. A su vez, es posible agregar redes con mayor ancho de vanda que provean ciertas facilidades que la red ASi no puede ofrecer, como lo sera un ancho de banda mayor. Se propone de igual manera, agregar un sistema de visin para detectar cualquier incendio, monitorear si alguna variable sale del estndar y tener un monitoreo completo de la planta. Para conectar las cmaras y dems dispositivos complejos, en caso de necesitarse, se propone el uso de ETHERCAT, pues esta se presenta como una tecnologa de redes industriales basada en ETHERNET que compite en precios con las plataformas actualmente usadas, como podran ser: PROFIBUS, DeviceNet, Controlnet, etc.

Aptitudes de la persona responsable del proceso. Para Una labor de monitoreo es necesario que el encargado tenga un dominio pleno de la plataforma de control a emplear, en este caso, se requerira nicamente un experto en la red ASi. Adicional a la maestra que el personal pueda tener en la red ASi, es mandatorio que conozca las bases del proceso al cual se est sometiendo, pues en caso de una emergencia, sera necesario que el ingeniero a cargo sepa qu decisin tomar. De igual manera, se requiere que sea una persona con capacidad de liderazgo, pues en ocasiones habrn problemas en la produccin, y esta persona debe estar consciente de las metas que sus superiores se impongan y debe trazar el camino para lograr dicho objetivo. As mismo, como ingeniero de planta ocupa tener una capacidad de diagnostico, para identificar mediante las variables obtenidas por parte de los sensores el origen de una falla dentro de la planta. Adems de todo lo anteriormente mencionado. Un ingeniero que est a cargo del proceso debe estar actualizado de las ltimas tendencias en la planta y en los algoritmos de control. Pues es con estos que en caso de requerir una ampliacin de la planta o la adquisicin de equipo nuevo, pueda afrontar la situacin y plantear la solucin ms rentable para la empresa.

Bibliografia Becker, R. (Ed.). (2002). As-interface: the automation solution. Schweinfurt: AS-International Association. Guerrero, V. (Ed.). (2009). Comunicaciones industriales. Marcombo. As-interface. (2010). Retrieved from http://as-interface.net/EN/Homepage Referencias adicionales: http://www.crusher.co.id/screening-conveyor/conveyor-belt.html http://www.mundoanuncio.com/anuncio/planta_chancadora_de_piedra_1... http://www.trituradora.com.mx/Trituradora/trituradora-de-piedra.html http://www.youtube.com/watch?v=7JXzuTx9DFM http://www.youtube.com/watch?v=Oe7fZY0EEb4