República Bolivariana de Venezuela Universidad Nueva Esparta Facultad de Ingeniería Escuela de Electrónica

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO PARA UNA BANDA TRANSPORTADORA DE LA C.A. SUCESORA DE JOSÉ PUIG & CIA MEDIANTE LA APLICACIÓN DE CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (P.L.C).

Tutor: Ing. Mancera Pedro

Proyecto de tesis de grado

C.I. 5.299.555

Presentado por: Br: Meza Luis C.I. 19.532.768 Br: Puig Carlos C.I. 16.461.988

Para optar por el titulo de: Ingeniero Electrónico

Diseño e implementación de un sistema automatizado para una banda transportadora de la C.A. Sucesora de José Puig & CIA mediante la aplicación de controladores lógicos programables (P.L.C). by Meza Luis ; Puig Carlos is licensed under a Creative Commons Atribución-NoComercialCompartirDerivadasIgual 3.0 Unported License.

Febrero - 2011 Caracas – Venezuela República Bolivariana de Venezuela Universidad Nueva Esparta Facultad de Ingeniería Escuela de Electrónica

Diseño e implementación de un sistema automatizado para una banda transportadora de la C.A. Sucesora de José Puig & CIA mediante la aplicación de controladores lógicos programables (P.L.C).

Tutor: Ing. Mancera Pedro

Proyecto de tesis de grado

C.I. 5.299.555

Presentado por: Br: Meza Luis C.I. 19.532.768 Br: Puig Carlos C.I. 16.461.988

Para optar por el titulo de: Ingeniero Electrónico

Diseño e implementación de un sistema automatizado para una banda transportadora de la C.A. Sucesora de José Puig & CIA mediante la aplicación de controladores lógicos programables (P.L.C). by Meza Luis ; Puig Carlos is licensed under a Creative Commons Atribución-NoComercialCompartirDerivadasIgual 3.0 Unported License.

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Jurado:

Jurado: Nombre y Apellido

Nombre y Apellido

Cedula de Identidad

Cedula de Identidad

Firma

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Diseño e implementación de un sistema automatizado para una banda transportadora de la C.A. Sucesora de José Puig & CIA mediante la aplicación de controladores lógicos programables (P.L.C). by Meza Luis ; Puig Carlos is licensed under a Creative Commons Atribución-NoComercialCompartirDerivadasIgual 3.0 Unported License.

CALIFICACIÓN OBTENIDA, (en letra) __________ (en número) __________

Caracas, ____________ de___________ del año __________.

Diseño e implementación de un sistema automatizado para una banda transportadora de la C.A. Sucesora de José Puig & CIA mediante la aplicación de controladores lógicos programables (P.L.C). by Meza Luis ; Puig Carlos is licensed under a Creative Commons Atribución-NoComercialCompartirDerivadasIgual 3.0 Unported License.

DEDICATORIA

Queremos dedicarle este trabajo de grado a nuestros padres, Ali Meza y Néstor Puig y en particular a nuestras madres, Nohemy Lugo y M. Cristina Herrero, que no lo hubiéramos logrado sin el apoyo que ustedes nos dieron, para así convertirnos en lo que somos hoy en día. A todos nuestros familiares que también nos ayudaron en todo esos momentos difíciles.

Gracias por estar siempre con nosotros.

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AGRADECIMIENTOS

Antes que nada queremos agradecerle a Dios por estar con nosotros en todos los pasos que damos, por guiarnos en los momentos más difíciles y por poner en nuestro camino a todas las personas que nos ayudaron en la realización de este proyecto de grado. Este proyecto fue realizado gracias a un gran esfuerzo y dedicación por parte de los autores y del tutor del presente trabajo de grado, pero sobre todo al personal ejecutivo, administrativo, técnico y obrero, que en conjunto, a los demás departamentos de galletas Puig, que hicieron posible el desarrollo del presente proyecto de tesis y además de agradecerle a todas aquellas personas que de un modo u otro estuvieron siempre en la disposición de colaborar con el proceder de la misma y no por eso en menor grado, nuestra sincera gratitud. No podemos dejar de mencionar a nuestro tutor Pedro Mancera, que estuvo con nosotros en todo momento, guiándonos en los pasos y decisiones a considerar sobre el proyecto. Más que todo supervisando el proceder de la misma, para su desarrollo de carácter profesional y de forma correcta, estando siempre a la disposición de cualquier duda y ofreciéndonos su apoyo incondicional. Para el nuestro reconocimiento. También agradecerle a nuestro gran mentor el Ing. Ender Coronel, por sobre todo amigo y compañero. Dedicando su tiempo a guiarnos y asistirnos, en todo lo referente a la configuración del sistema, construcción del tablero de pruebas, mejoras al sistema, dudas y entre otras, que por igual, contribuyeron a nuestro aprendizaje y a la experiencia adquirida a lo largo de todo el desarrollo del proyecto. Para él, nuestro más sincero agradecimiento. Queremos agradecerles a todos nuestros familiares, que nos apoyaron, ayudaron, comprendieron y soportaron, todo el tiempo que estuvimos realizando este proyecto. Para ambas madres que siempre estuvieron muy pendientes de nosotros durante todo ese tiempo.

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Gracias a las empresas de Galletas Puig, que mantuvieron una constante preocupación con respecto al pleno avance del proyecto, mostrándose a nuestra disposición en todo momento de forma oportuna, colocando a nuestra disposición cualquier tipo de material o ayuda que necesitáramos. Incluyendo el personal de la misma, entre los cuales destacan a: Luis Quiérales, Carlos Marín, Edwin Morales y demás ingenieros, técnicos y obreros que de una u otra forma hicieron posible este trabajo de grado. A los profesores Alberto Paz y Mauricio W. Marín, que siempre se mantuvieron atentos y comprometidos ante cualquier ayuda con respecto a nuestro proyecto, por medio de información referencial, consejos y sugerencias que complementaron el proceder del mismo. Gracias a ellos. A nuestros amigos que estuvieron con nosotros durante todo este tiempo, siendo de un gran apoyo para nosotros y poder salir de todos los problemas de la mejor forma posible. Quiero agradecerle en especial a mi compañero de tesis Luis Meza, por la ayuda y todo el esfuerzo que hizo durante el proyecto. Gracias hermano. Por igual Deseo agradecer a mi compañero de tesis Carlos Puig, por su dedicación, disposición y por sobre todo su apoyo, que hicieron posible el trabajo conjunto y el entendimiento necesario para superar las circunstancias que enfrentamos, que merece el reconocimiento. Gracias a ti hermano.

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RESUMEN

Institución:

Universidad Nueva Esparta

Área:

Ingeniería Electrónica

Titulo:

Diseño e implementación de un sistema automatizado para una banda transportadora de la C.A. Sucesora de José Puig & CIA mediante la aplicación de controladores lógicos programables (P.L.C).

Autores:

Luis Alejandro Meza Lugo

C.I. 19.532.768

Carlos Eduardo Puig Herrero

C.I. 16.461.988

Tutor:

Pedro Mancera

C.I. 5.299.555

Empresa:

C.A. Sucesora de José Puig & C.I.A

Palabras Claves:

Banda trasportadora, Sistema de Control, Automatización,

PLC,

Actuadores, Moto reductores y variadores de Velocidad. Puntuación:

20 (veinte) puntos.

El presente trabajo de grado radica en el proceso de automatización mediante dispositivos lógicos programables (PLC), con respecto a la línea de producción VICARS, presente en la C.A sucesora de José Puig & CIA. La línea de producción VICARS lleva a cabo su funcionamiento en la parte de sala de maquinas, donde se procesa la masa (calibre, corte y moldeado) para ser entregada a la fase del horno. La necesidad de la implementación de un sistema automatizado por parte de la empresa para esta línea de producción, se constituye: en la eliminación de los costos requeridos para la reparación o sustitución de las partes y mecanismos que presenten desgaste (causado por la roce de los componentes de la transmisión), el mantenimiento iv

por acumulación de restos en la maquinaria, consumo eléctrico, aumento en la seguridad del personal y la adquisición de un control general del sistema que aumente la eficiencia como la velocidad de producción del sistema. Esta línea comprende un sistema que implementa un motor principal (con un alto consumo para su funcionamiento), que consiste, en un movimiento para la transmisión de potencia mediante sistemas de poleas, piñones, cadenas de transmisión, cajas reductoras y otros acoples, que motivan el desplazamiento de las lonas y rodillos rotativos para el funcionamiento del sistema. Al implementar este sistema automatizado se solventa en gran medida estas dificultades de forma optima, por medio de la integración: De pantallas táctiles con interfaz hombre maquina (HMI) a lo largo del sistema e interconectadas a una unidad de procesos PLC, que previa programación, controlará el funcionamiento de variadores de velocidad y los mismos, a motores reductores acoplados a los ejes motrices de cada lona o rodillo presentes en el sistema (en sustitución del motor principal) y así obtener un control del sistema con una mayor precisión, en conjunto a una supervisión permanente de la línea de producción. Finalmente se presentó la elaboración de un tablero de pruebas, controlado por una pantalla HMI, en la cual, se representaron las zonas del sistema, mediante motores reductores, los cuales, entran en funcionamiento (variado la velocidad de los mismos), interpretando las recetas requeridas para cada tipo de galleta que se desee producir de forma automática. Lográndose, en última instancia, identificar el funcionamiento y los distintos procesos que integran el sistema, mediante el estudio y la observación de los diversos mecanismos presentes en la línea de producción, por lo cual, se facilito la realización de las mediciones mecánicas y de potencia, a consecuencia del conocimiento de las partes involucradas tanto en la transmisión de movimiento como en la distribución en tablero, lo que a su vez, optimizo el proceso para la conexión de los instrumentos de medición y disponer de los valores resultantes. Una vez realizadas las mediciones correspondientes se logró efectuar las diversas selecciones con respecto a los diferentes dispositivos requeridos, por lo cual, se consiguió diseñar el sistema de control en cascada para el control de cada motor, mediante la programación del controlador lógico programable. Por otra parte, se pudo estructurar la distribución de los moto reductores y dispositivos de control para la canalización del cableado, obteniendo así el diseño del tablero.

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SUMMARY OF WORK

School:

University Nueva Esparta

Area:

Engineer Electronic

Title:

Design and implementation of an automated system for a conveyor belt C.A. Cookie successor José Puig & CIA Applying by programmable logic controllers (PLC).

Authors:

Luis Alejandro Meza Lugo

C.I. 19.532.768

Carlos Eduardo Puig Herrero

C.I. 16.461.988

Tutor:

Pedro Mancera

C.I. 5.299.555

Company:

C.A. Sucesora de José Puig & C.I.A

keywords:

Conveyor belt, Control System, Automation, PLC, Actuators, Gear Motors and Drives Speed.

Calification:

20 (twenty) points.

This work of degree consists of an automated process mean by a programmed logic positive (PLC), concerning the line of Vicars production, which exists at C.A. Sucesora de Jose Puig & CIA in Venezuela. The line of Vicars production carries out its operation in the machines room, where the mass is processed (caliber, cuts and molded) to be given to the step of the furnace. The necessity of the implementation of a system automated by the company part for this line of production, is constituted: in the elimination of the costs required for the repair or substitution of the parts and mechanisms that display wearing down (caused by the rubbing of the components of the transmission), the maintenance by accumulation of vi

rest in the machinery, electrical consumption, increase in the security of the personnel and the acquisition of a general control of the system that increases the efficiency like the speed of production of the system. This line includes a system that implements a main motor (with a high consumption for its operation), that consists, in a movement for the transmission of power through the systems of pulleys, pinions, reducing chains of transmission, boxes and others connections, that motivate the displacement of conveyor belts and rotating rollers for the operation of the system. When implementing this automated system these difficulties would be resolved to a great extent as well as possible, through the integration: of touching screens with interface man-machine (HMI) throughout the system and interconnected to an unit of process PLC, that previous programming, controlled the operation of changing of velocity, and at the same time controls the reduce motors, connected to the axes of each present conveyor belts or roller the exist in the system (replacing the main motor) and thus to obtain a control altogether to a supervision of the line. Finally the elaboration of a board of tests will appear, controlled by a screen HMI, in which, the zones of the system imagined, by means of reducing motors, which, enter operation (varied the speed of the same), interpreting prescriptions required for each type of cake that is desired to produce of automatic form. Achieving ultimately, identify the performance and various processes that make up the system through the study and observation of the various mechanisms present in line production, which makes it easier to carry out measurements mechanical and power as a result of knowledge of the parties involved both in the transmission of motion as in distribution board, which in turn, optimizes the process for connection of measuring instruments and have values result. Once the measured data was achieved carry out the various selections with respect to different devices required, therefore, be able to design the system cascade control for controlling each motor, by Programmable logic controller programming. On the other hand, it was structuring the distribution of motorcycle gear and devices for pipeline control wiring, thus obtaining design board.

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ÍNDICE

DEDICATORIA .................................................................................................................... i AGRADECIMIENTOS......................................................................................................... ii RESUMEN ........................................................................................................................ iv SUMMARY OF WORK ...................................................................................................... vi INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 1 CAPITULO I....................................................................................................................... 4 EL PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN ......................................................................... 4 1.1

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................. 4

1.2 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................ 6 1.3 OBJETIVOS ............................................................................................................. 8 1.3.1 Objetivo general................................................................................................. 8 1.3.2 Objetivos específicos ......................................................................................... 8 1.4 DELIMITACIONES ................................................................................................... 9 1.4.1 Delimitaciones Geográficas ............................................................................... 9 1.4.2 Delimitaciones Cronológicas .............................................................................. 9 1.4.3 Delimitaciones Temáticas ................................................................................ 10 1.4.4 Delimitaciones Técnicas .................................................................................. 10 1.5 LIMITACIONES ...................................................................................................... 11 CAPÍTULO II.................................................................................................................... 12 MARCO TEÓRICO .......................................................................................................... 12 2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN .......................................................... 12 2.2 BASES TEÓRICAS ................................................................................................ 14 2.2.1 Banda transportadora ...................................................................................... 14 2.2.2 Sistemas de control ........................................................................................ 17 2.2.3 Sistema Automatizado ..................................................................................... 19 2.2.4 Automatización programable ........................................................................... 22 2.2.5 Estructura de un controlador lógico programable PLC) .................................... 29 2.2.6 Medición de potencia ....................................................................................... 38 viii

2.3 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS ................................................................................. 39 2.4 SISTEMA DE VARIABLES ..................................................................................... 43 CAPITULO III................................................................................................................... 46 MARCO METODOLÓGICO ............................................................................................. 46 3.1 TIPOS DE INVESTIGACIÓN .................................................................................. 46 3.2 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ......................................................................... 48 3.3 POBLACIÓN Y MUESTRA..................................................................................... 49 3.4 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS ......................... 52 Lista de control ......................................................................................................... 53 La escala de estimación ........................................................................................... 53 3.5 PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN ...................................... 54 CAPÍTULO IV .................................................................................................................. 56 SISTEMA PROPUESTO.................................................................................................. 56 4.1 IDENTIFICACIÓN LOS PROCESOS Y FUNCIONAMIENTO DE LOS MECANISMOS PRESENTES EN LA LÍNEA DE PRODUCCIÓN ................................. 56 1-

Identificación de las variables de control del proceso ........................................ 57

4.1.2 Diagrama Estructural del sistema .................................................................... 59 4.1.3 Mecanismos y funcionamiento del sistema ...................................................... 59 4.1.4 Sistema y conexiones eléctricas ...................................................................... 68 4.2 MEDICIONES MECÁNICAS Y DE POTENCIAS DEL SISTEMA ............................ 72 4.2.1 Mediciones Mecánicas ..................................................................................... 72 4.2.2 Mediciones de Potencia ................................................................................... 76 4.2.3 Cálculos para la selección de dispositivos ....................................................... 80 4.2.4 Características para selección de dispositivos ................................................. 83 4.3 SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS A IMPLEMENTAR ............................................. 84 4.3.1 Selección de Motores y reductores de Velocidad ............................................. 84 4.3.2 Selección de Dispositivos de control ................................................................ 87 4.3.3 Selección de Dispositivos Mecánicos para Acople ........................................... 93 4.4 DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL EN CASCADA ......................................... 94 4.4.1 Diagrama en bloque del funcionamiento general del sistema implementado ... 94 4.4.2 Diagrama en Cascada del Sistema Implementado........................................... 95 4.4.3 Sistema de comunicación implementado ......................................................... 96 ix

Comunicaciones y normativa ....................................................................................... 98 Terminales de bus........................................................................................................ 98 4.4.4 Programación del sistema de control ............................................................... 99 4.5 CONSTRUCCIÓN DEL SISTEMA DE PLANOS ELÉCTRICOS: DE LAS CONEXIONES ELÉCTRICAS, TABLERO Y PANEL DE CONTROL .......................... 111 4.5.1 Normativa y estándares de Seguridad ........................................................... 111 4.5.2 Estructura y distribución del sistema implementado ....................................... 112 4.5.3 Canalización y Conexión Eléctrica ................................................................. 113 4.5.4 Mecanismo y funcionamiento interno implementado ...................................... 121 4.6 EFECTUAR LAS PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO PARA EL SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN ................................................................................................... 122 4.7 IMPLEMENTAR EL SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN EN LA C.A. SUCESORA DE JOSÉ PUIG & CIA ................................................................................................ 128 4.8

RECURSOS ADMINISTRATIVOS ................................................................... 129

4.8.1 Recursos humanos ........................................................................................ 129 4.8.2 Recursos técnicos.......................................................................................... 130 4.8.3 Recursos Administrativos / Operacionales ..................................................... 131 4.9

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ................................................................ 131

CAPITULO V ..................................................................................................................132 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ..................................................................132 5.1 CONCLUSIONES................................................................................................. 132 5.2 RECOMENDACIONES ........................................................................................ 136 BIBLIOGRAFÍA...............................................................................................................137 REFERENCIAS DE TRABAJOS DE GRADO ............................................................ 139 REFERENCIAS DE INTERNET ................................................................................. 139

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura No 1. Sistema de banda transportadora. ................................................................. 6 Figura No 2. Sistema de banda transportadora. ............................................................... 15 Figura No 3. Sistema de control. ...................................................................................... 17 Figura No 4. Sistema de control. ...................................................................................... 18 Figura No 5. Sistema de control. ...................................................................................... 18 Figura No 6. Controlador Lógico Programable. ................................................................ 22 Figura No 7. Ciclo de operaciones de un PLC. ................................................................. 24 Figura No 8. Tiempos empleados para los ciclos. ............................................................ 28 Figura No 9. Estructura de autómatas de gama baja. ....................................................... 29 Figura No 10. Mapas de memorias................................................................................... 33 Figura No 11. Áreas de memoria interna. ......................................................................... 36 Figura No 12. Estructura y memorias del PLC .................................................................. 37 Figura N° 13. Calculo para Fp. ........................................................................................ 38 Figura No 14. Funcionamiento de Bandas Transportadoras con Motor Principal. ............ 57 Figura No 15. Diagrama estructural del sistema. ............................................................. 59 Figura N0 16. Mecanismos de Transmisión principales. ................................................... 60 Figura N0 17. Cajas reductoras, acoples de rodillos y PIV. ............................................. 60 Figura N0 18. Sistema de manillas tensoras de lonas y calibre de rodillos. ..................... 61 Figura N0 19. Sistema de manillas tensoras de lonas y calibre de rodillos. ..................... 61 Figura No 20. Mecanismo y funcionamiento externo del sistema. ................................... 62 Figura N0 21. Sistema de Crochés principal y secundarios. ............................................ 64 Figura No 22. Mecanismo y funcionamiento interno del sistema. ................................... 64 Figura No 23. Mecanismo y distribución de las lonas. ..................................................... 65 Figura N0 24. Rutinas de mantenimiento del sistema. ...................................................... 66 Figura N0 25. Anclaje de motor y Rutinas de mantenimiento del sistema........................ 67 xi

Figura N0 26. Motor Trifásico T&T VICARS. .................................................................... 68 Figura No 27. Tablero de conexiones y panel de control. ................................................. 69 Figura No 28. Dispositivo de arranque lento y caja de arranque. ...................................... 70 Figura No 29. Conexiones para el dispositivo de arranque. .............................................. 71 Figura No 30. Conexiones y canalización de cableado..................................................... 71 Figura No 31. Medición de M/min por lona con tacómetro. .............................................. 73 Figura No 32. Ubicación para la medición de RPM. ......................................................... 73 Figura No 33. Medición de RPM en PIV y acoples de rodillos. ......................................... 74 Figura No 34. Conexión de cargas en sistema trifásico para mediciones de potencia. ..... 76 Figura No 35. Ubicación en tablero de las conexiones para la medición. ........................ 77 Figura No 36. Ubicación para la medición de potencia y conexión de cargas (bombillos). 77 Figura No 37. Medición de Corriente de fase. .................................................................. 78 Figura No 38. Calculo para Fp.......................................................................................... 80 Figura No 39. Cálculo de vector corriente con intersección de circunferencia. ................. 81 Figura No 40. Cálculos efectuados en cuaderno de notas para cada mecanismo. ........... 83 Figura No 41. Motor y caja reductora coaxial de engranajes helicoidales. ........................ 85 Figura No 42. Motor y caja de corona sin fin de 90 grados. .............................................. 85 Figura No 43. Logo empresa proveedora de dispositivos reductores y mecánicos. ......... 86 Figura No 44. Logo empresa sucesora de José Puig C.A. .............................................. 86 Figura No 45. CPU 315-2DP, alimentación y módulos digitales (SIMATIC S7-300). ....... 87 Figura No 46. Cable Profibus y MPI, Memoria extraíble, Terminal DP, Modulo y soporte. 89 Figura No 47. Pantalla táctil TP177B (SIMATIC S7-300). ................................................. 89 Figura No 48. Dispositivos de Protección. ........................................................................ 90 Figura No 49. Variadores de velocidad de medio, 1, 2 y 3 Hp. ......................................... 92 Figura N° 50. Variadores de velocidad de medio, 1 y 2 Hp. ............................................. 92 Figura N° 51. Piñones, poleas y acoples para transmisión. ............................................. 93

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Figura No 52. Diagrama en bloque del funcionamiento de las bandas transportadoras con motores individuales y sistema de control Automatizado. ................................................ 94 Figura No 53. Configuración en cascada del sistema automatizado. ................................ 95 Figura No 54. Trasmisión de información mediante estándar Profibus y cable MPI. ......... 97 Figura No 55. Software de Programación Sinematic. ....................................................... 99 Figura No 56. Programación de Hardware. .....................................................................100 Figura No 57. Diagrama en bloque de bloque para operaciones Principales OB1. ..........101 Figura No 58. Bloque de operaciones Principal OB1. .....................................................102 Figura No 59. Software de Programación Simatic. ..........................................................102 Figura No 60. Bloque de función FB1. ............................................................................103 Figura No 61. Bloque de función FB2. .............................................................................103 Figura No 62. Bloque de función FB3. ............................................................................104 Figura No 63. Bloque de función FB4. .............................................................................104 Figura No 64. Bloque de función FC1..............................................................................105 Figura No 65. Bloque de función FC2. ............................................................................105 Figura No 66. Bloque de función FC3. ............................................................................106 Figura No 67. Bloque de función FC4..............................................................................106 Figura No 68. Bloque de función FC5..............................................................................107 Figura No 69. Bloque de función FC6..............................................................................107 Figura No 70. Software de Programación Simatic Win cc. ...............................................108 Figura No 72. Pantalla modo automático y pantalla con cuadro para modo manual. ......109 Figura No 73. Pantalla modo automático y pantalla con cuadro para modo manual. .......110 Figura No 74. Extracto, secciones 392 y 310 del código eléctrico nacional. ...................111 Figura No 75. Localización de los dispositivos de control en el sistema. .........................112 Figura No 76. Estructura de Bandeja para sistema eléctrico propuesto. .........................113 Figura No 77. Estructura de Bandeja para sistema eléctrico propuesto. .........................114 Figura No 78. Características de Cables (AWG 14). .......................................................115 xiii

Figura N0 79. Diagrama eléctrico general del tablero de pruebas. ...................................116 Figura N0 80. Diagrama general del tablero de control. ...................................................117 Figura No 83. Conexión de dispositivos de control y eléctricos. ......................................119 Figura No 84. Conexiones para pantalla táctil. ................................................................120 Figura No 85 Estructura interna del mecanismo de control y acoples para implementación. .......................................................................................................................................121 Figura No 86. Distribución de tablero de pruebas. ...........................................................122 Figura No 87. Anunciadores para estados de encendido, en espera y parada / falla. ......123 Figura No 88. Pruebas en tablero mediante pulsadores y anunciadores. ........................124 Figura No 89. Estructura de pantallas para elaboración de pruebas...............................125 Figura No 90. Visualización de fallas durante pruebas en tablero...................................126 Figura No 91. Estructura interna de un variador de velocidad y forma de onda. .............126 Figura No 92. Estructura interna de un variador de velocidad y formas de onda. ...........127

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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla No 1. Cuadro de Variables. .................................................................................... 43 Tabla N0 2. Recolección de los parámetros del motor. ..................................................... 69 Tabla N0 3. Proceso con Cortadora y/o Troqueladora. ..................................................... 74 Tabla N0 4 Proceso con Rodillo Rotativo. ........................................................................ 75 Tabla N0 5 Proceso con Rodillo Cortador de Alambre...................................................... 75 Tabla No 6. Medición de Corriente para el cálculo de Potencias. .................................... 79 Tabla No 7. Rango de RPM y Potencias para la selección. ............................................. 83 Tabla No 8. Recursos Humanos. .....................................................................................129 Tabla No 9. Recursos técnicos. .......................................................................................130 Tabla No 10. Recursos administrativos operacionales. ...................................................131 Tabla No 11. Cronograma de actividades........................................................................131

ÍNDICE DE FORMULAS

Formula A. Tiempo total para la ejecución de instrucciones. ........................................... 28 Formula B. Cálculo de vector corriente con intersección de circunferencia. ..................... 81 Formula C. Formulas para el cálculo de potencia real de cada mecanismo habilitado. .... 82

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ÍNDICE DE ANEXOS

ANEXOS ........................................................................................................................142 ANEXO A. SISTEMA Y ESTRUCTURA DE LINEA VICARS ..................................... 143 Anexo A-1. Línea VICARS (Diagrama General). ..................................................... 143 Anexo A-2. Línea VICARS (sección central). .......................................................... 143 Anexo A-3. Línea VICARS (sección Inicial)............................................................. 144 Anexo A-4. Línea VICARS (sección final- pre horno). ............................................. 144 Anexo A-5. Línea VICARS (Sección central). ......................................................... 145 Anexo A- 6. Mecanismos y puntos de transmisión. ................................................. 145 ANEXO B. DIAGRAMA Y FUNCIONAMIENTO DE MECANISMOS .......................... 146 Anexo B-1. Plano de Mecanismos interno línea Vicars. .......................................... 146 Anexo B-2. Mecanismos interno de transmisión línea Vicars. ................................. 146 Anexo B-3. Mecanismos externo de transmisión línea Vicars. ................................ 146 Anexo B-4.Sistema a implementar, distribucion de motoreductores en ejes de transmicion. ............................................................................................................ 147 Anexo B-5. Distribución externa de motoreductores en torre de soporte VICARS. . 147 Anexo B-6. Diagrama de flujo en cascada automática. ........................................... 147 ANEXO C. INSTRUMENTOS DE RECOLECCION Y REGISTRO ............................ 148 Anexo C-1. Cuaderno de notas (Diagrama General) .............................................. 148 Anexo C-2. Cuaderno de notas (Clasificación de rodillos y respuesta a entrevistas). ............................................................................................................................... 148 Anexo C-3. Cuaderno de notas (Tipos de Galletas producidas por lona). ............... 149 Anexo C-4. Cuaderno de notas (Clasificación de lonas y rodillos para mediciones). ............................................................................................................................... 149 Anexo C-5. Modelo de Entrevista (Personal Ejecutivo). .......................................... 150 Anexo C-6. Modelo de Entrevista (Personal Técnico y Obrero). ............................. 150 Anexo C-7. Constancia de Validación del los instrumentos de recolección. ............ 151 ANEXO D. AUTOMATIZACIÓN ................................................................................. 152 Anexo D-1. Producción con integración automática. ............................................... 152 Anexo D-2. Robustez, conexiones y estructura de Controladores. ......................... 152 Anexo D-3. Robustez, conexiones y estructura de Controladores. ......................... 153

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Anexo D-4. Programación de bloques operativos OB1. .......................................... 153 Anexo D-5. Programación y configuración para modo de operación. ...................... 153 Anexo D-6. Programación de bloques operativos FB1. ........................................... 154 Anexo D-7. Programación de bloques operativos FB2. ........................................... 154 Anexo D-8. Programación de bloques operativos FB3. ........................................... 155 Anexo D-9. Programación de bloques operativos FB4. ........................................... 155 Anexo D-10. Programación de bloques operativos FC1. ........................................ 156 Anexo D-11. Programación de bloques operativos FC2. ........................................ 156 Anexo D-12. Programación de bloques operativos FC4. ........................................ 157 Anexo D-13. Programación de bloques operativos FC5......................................... 157 Anexo D-14. Programación de bloques operativos FC6. ........................................ 158 Anexo D-15. Programación HMI (Pantalla táctil). .................................................... 158 Anexo D-16. Cuadro de entradas y salidas digitales, marcas y bloques operativos. 159 Anexo D-17. Cuadro de entradas y salidas digitales, marcas y bloques operativos. 160 ANEXO E. NORMATIVA Y CRITERIOS DE SELECCIÓN ......................................... 161 Anexo E-1. Selección de dispositivos de control según parámetros SIEMENS. ...... 161 Anexo E-2. Calculo de potencias. ........................................................................... 161 Anexo E-3. Estándares y normas implementadas SIEMENS. ................................. 162 Anexo E-4. Estándares y normas implementadas PROFIBUS................................ 162 Anexo E-5. Estándares y normas implementadas ISO. .......................................... 163 Anexo E-6. Estándares y normas implementadas ISA. ........................................... 163 Anexo E-7. Estándares y normas implementadas CODELECTRA. ........................ 164 Anexo E-8. Estándares y normas implementadas Cód. Eléctrico nacional. ............ 164 Anexo E-9. IEC Normativa para diagramas eléctricos. .......................................... 165 Anexo E-10. Simbología para diagramas eléctricos. .............................................. 165 Anexo E-11: Selección de cableado. ...................................................................... 165 Anexo E-12: Conexión de Bornes con terminales. .................................................. 166 Anexo E-13. Normas UNE-EN 60617 (IEC 60617) – Simbología............................ 166 Anexo E-14. Tipos de Bandeja y soportes. ............................................................. 167 Anexo E-16. Diagrama para soportes y tuberías metálicas. .................................... 168 Anexo E-18. Diseño de tablero de control y tablero de potencia. ............................ 169 Anexo E-19. Instalación de soporte para PLC. ....................................................... 169

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ANEXOS F. SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS ........................................................... 170 Anexo F-1. Mecanismos de acople, transmisión de potencia y Moto reductores. ... 170 Anexo F-2. Cotización para adquisición de moto reductores. ................................. 171 Anexo F-3. Cotización para adquisición de dispositivos de control. ........................ 172 Anexo F-4. Cotización para adquisición de dispositivos de control. ........................ 173 Anexo F-5. Aprobación de presupuesto por parte de Galletas Puig. ....................... 174 ANEXOS G. CONFIGURACION DE VARIADORES Y PARAMETROS. .................... 175 Anexo G-1. Instalación de soporte para PLC. ........................................................ 175 Anexo G-2. Instalación de soporte para PLC. ......................................................... 175 Anexo G-3. Instalación de soporte para PLC. ......................................................... 176 Anexo G-4. Instalación de soporte para PLC. ......................................................... 177 ANEXO H. INSTRUMENTOS DE CONSTRUCCION Y ASIGNACIÓN ..................... 178 Anexo H-1. Herramientas y dispositivos de construcción. ....................................... 178 Anexo H-2. Herramienta de asignación. ................................................................. 178 ANEXO J. PRODUCTOS ELABORADOS POR LA LINEA VICARS........................... 180 Anexo J-1. Galletas producidas por línea VICARS ................................................. 180 ANEXO K. PLANOS ELÉCTRICOS Y ESTRUCTURALES……………………………....180

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INTRODUCCIÓN

En la producción industrial, las bandas trasportadoras sirven como un lazo entre las máquinas de producción, ayuda a incrementar la productividad de las máquinas y atenúa la intensidad del trabajo. Estas bandas sugieren un eslabón automático y continuo en la cadena de producción. La Cinta Transportadora tiene muchas ventajas, como lo son la gran cantidad de trasmisión, larga distancia de trasmisión, transporte suave, bajo ruido, estructura sencilla, conveniente manutención, menor desgaste, transporte de varios productos en una menor cantidad de tiempo, comprende los enlaces necesarios del producto elaborado a nuevas etapas de proceso, es más económica y eficientemente en comparación con una mano de obra y determina mayor practicidad en el sistema productivo de la empresa, por lo cual comprende una automatización de procesos perdurable y viable para el sector industrial. Por lo tanto las automatizaciones se entienden como un sistema de transferencia y asignación de un número de tareas o actividades específicas de producción que anteriormente recaían sobre el personal o sobre otros sistemas mecánicos, haciendo referencia a mejoras significativas en el funcionamiento de una maquinaria. Estas mejoras comprenden el control de las actividades, la supervisión en tiempo real, el registro de los eventos, la emisión de reportes y la preparación de los análisis dirigidos a las tomas de decisiones, desde un control de procesos hasta una suspensión total del sistema de producción. El concepto se aplica entonces en todo proceso donde se exige un control de calidad, producción y optimización del servicio. En consecuencia, en la línea de producción industrial se procura entonces el transporte y traslado de la materia prima a través de todo el proceso de elaboración del producto deseado, este proceso parte de la implementación de bandas transportadoras que garantizan el flujo constante y determinado del producto. Estas bandas transportadoras constan de dispositivos móviles accionados por motores a todo lo largo de la línea, esta estructura comprende sistemas automatizados que controlan la secuencia de las operaciones con parcial intervención en su funcionamiento.

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Aunque en el país la automatización fue implementada a pequeña escala en las últimas décadas, según Gamboa, López y Romero (2008) en su artículo Estrategias económicas y políticas de las grandes empresas alimenticias privadas venezolanas y sus efectos en trabajadores, consumidores y pequeñas empresas; dentro de estas estrategias económicas figura el desarrollo de Tecnologías como la automatización en empresas de alimentos Venezolanos: Los cambios de paradigma organizativo y tecnológico, se refieren a la forma de producir, y necesariamente afectan los diversos factores que intervienen en el proceso productivo: los medios de trabajo se automatizan cada vez más; se reduce el uso de fuerza de trabajo o cambia la naturaleza del trabajo, al pasar el hombre a vigilar o alimentar la máquina o un conjunto de equipos; también cambian en algunos casos los objetos o materias que se transforman en el producto; y finalmente, puede cambiar el mismo producto, al estandarizarse. Además, los cambios tecnológicos, al lograr que el proceso productivo dependa menos de la calificación de los trabajadores, conllevan paralelamente otros cambios referidos a la flexibilización de la relación laboral: duración del contrato, remuneración del trabajo, jornada laboral, etc. Hoy en día se presenta en la industria el remanente de sistemas de operación para bandas transportadoras de años anteriores que si bien no son obsoletos son un factor que perjudica tanto a la calidad como a la eficiencia en el proceso productivo. (Gamboa y otros 2008) “…en la industria de pastas venezolanas alimenticias como en general, predomina la rigidez de las líneas de producción y casi no admiten flexibilidad alguna… ” Como parte de estas industrias del sector alimenticio, ésta automatización de bandas transportadoras, a la que hace alusión este trabajo de grado, hace referencia a las empresas productoras de galletas Puig, la cual, presenta una banda transportadora en su línea de producción (VICARS) cuyo esquema de funcionamiento, integra mecanismos anticuados que generan problemáticas especificas en la productividad. Esta automatización industrial tiene como propósitos el mejoramiento de la productividad en la empresa mediante la implementación de controladores lógicos programables para: el aumento de la velocidad de producción de dicha banda, reduciendo los costos de la productividad y mejorando la calidad de la misma, mejorar las condiciones de trabajo del

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personal, suprimiendo los trabajos forzosos o manuales e incrementando la seguridad, realizar las operaciones con más dificultades mediante un control del sistema, mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades necesarias en el momento preciso y simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes conocimientos para la manipulación del proceso productivo e Integrar la gestión y producción de la empresa. El presente trabajo se organiza con la siguiente estructura: Capítulo I Este capítulo lleva como título el problema de la investigación, el mismo especificara los diversos términos o fases del proyecto como lo son el planteamiento del problema, la justificación de la investigación, objetivo general y específico, las delimitaciones espaciales, de cronológicas, temáticas y técnicas, así como las posibles limitaciones que se puedan presentar en el transcurso del mismo. Capítulo II En el segundo capítulo titulado marco teórico incursionará en la teoría respectiva al desarrollo de la automatización, señalándose los antecedentes de dicho desarrollo basándose en aquellos trabajos previos relacionados con los objetivos de la investigación. Luego se exponen aquellas bases teóricas, definición de términos y sistemas variables que sustenten los principios teóricos de la investigación. Capítulo III El tercer capítulo titulado como marco metodológico describe en primera instancia el propósito de la investigación, las distintas modalidades empleadas para el desarrollo de dicha investigación, el diseño de la investigación, la construcción, los parámetros para la escogencia de la población y muestra de la investigación y las técnicas y herramientas para la recolección de datos. Capítulo IV El cuarto capítulo se titula sistema propuesto y se caracteriza por presentar el sistema a realizar mediante el diagrama en bloque del sistema, el cumplimiento de los objetivos planteados, los recursos administrativos, operacionales, técnicos y humanos para el desarrollo de la investigación en conjunto con el cronograma de variables. 3

CAPÍTULO I EL PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN

1.1

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La competencia y la dinámica industrial con relación a la productividad del sector alimenticio venezolano deriva en la preocupación fundamental del actor empresarial con respecto a los factores internos de sus empresas, como lo son: la reducción de costos, el control de la fuerza laboral y una producción, que de tal forma, posibilite ampliar el mercado actual y permita responder a todas sus demandas, siendo esto indispensable para la realización exitosa del fin empresarial con una máxima rentabilidad. En el sector industrializado, específicamente en el rubro alimenticio, la falta de automatizaciones para las líneas de transporte internos de la empresa (bandas transportadoras) comprometen y limitan aspectos tales como: la velocidad de producción, la supervisión del proceso, el control de las fases de producción (funcionamiento de las bandas o maquinarias en proceso de producción) y el consumo eléctrico total de la fábrica, que se traduciría en pérdidas económicas para la empresa y baja rentabilidad en su productividad. La falta de implementaciones de dispositivos como los controladores lógicos programables contribuye también, a los atrasos tecnológicos que redundan a posterior en procesos de funcionalidad anticuados para los mecanismos de transporte internos de la empresa como lo son las bandas transportadoras. En la actualidad la empresa C.A sucesora de José Puig & CIA, que a partir de ahora y para fines prácticos de este trabajo de grado se le hará referencia bajo el nombre de “empresa productora de galletas Puig”, constan de un sistema de transmisión para el transporte de la materia prima a utilizar o (masa para la elaboración de galletas), que se requerirá para el corte posterior de las distintas marcas de galletas que la empresa produce, este sistema de transporte comprende en su estructura una banda transportadora cuyo funcionamiento depende exclusivamente de la dinámica de un solo motor en conjunto a un sistema maquinas simples responsables de la movilidad de la línea de producción sin un sistema central que permita el control o la visualización de los 4

estados operacionales del proceso. Solo cuenta con un panel operacional con las funciones de arranque y parada del motor principal, y las cinco etapas de producción que constituyen la banda y por lo tanto, presentando un consumo de potencia elevado. Para el señalamiento de los problemas producidos por el sistema actual se tomó el criterio especificado, en el artículo el manejo de los materiales, por (Katrina C, 2009) donde plantea un proceso de selección mediante el cual, ejecuta pasos a seguir por sus recomendados, durante los cuales se consideran aspectos en específico como el mantenimiento del sistema actual, traduciéndose en: problemas de lubricación, cambio de múltiples partes (causadas por el deterioro y la fricción constante), adquisición e implemento de materiales de alto costo que se puedan adaptar a las altas temperaturas y desgaste del funcionamiento, coste añadido por el mantenimiento del único motor del sistema, limitantes a la hora de transportar materiales que comprometan una obstrucción de la línea que pudiese caer entre las partes móviles (poleas, engranes o rodillos) y demás problemáticas que propicien o predispongan, en dado caso, una parada en la producción, que por lo cual, minimice la productividad de la empresa. Sumándose a esto: el ruido provocado por el motor principal y la poca flexibilidad del sistema. Otras problemáticas planteadas corresponden al aumento en el consumo de energía y aumento de potencia para el funcionamiento del motor, las velocidades unitarias para la transmisión de las lonas que comprometen la velocidad de producción, la inexistencia de independencia entre las partes móviles del sistema (correas, ejes, motores, engranes, etc.) y por ultimo constituyendo un limitado espacio en dicho cuarto de máquinas, que conlleva a una circulación inadecuada en los pasillos y colocando al personal en situaciones propensas a un aumento considerable de accidentes laborales. Al implementar el sistema automatizado se solventarían en gran medida estas dificultades de forma optima, por medio de la integración: de pantallas táctiles con interfaz hombre maquina (HMI) a lo largo del sistema e interconectadas a una unidad de procesos PLC, que previa programación, controlará el funcionamiento de variadores de velocidad y los mismos, a motores reductores acoplados a los ejes motrices de cada lona o rodillo presentes en el sistema (en sustitución del motor principal) y así obtener un control del sistema con una mayor precisión, en conjunto a una supervisión permanente de la línea de producción.

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1.2 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

Tecnológicamente esta propuesta busca el desarrollo e implementación de controladores lógicos programables o (PLC), como consecuencia de la practicidad de dicha tecnología en este sector y en conjunto a los muchos beneficios prácticos que conlleva la sustitución de este mecanismo por el utilizado en el sistema anterior. En específico esta aplicación de controladores lógicos programables, busca resolver los problemas más comunes que presentan los mecanismos actuales de líneas y bandas de transporte referidos a los materiales o productos dentro de la empresa. El siguiente proyecto tendrá lugar en una industria productora de galletas, donde a diferencia de las líneas de transporte de materiales ya vigentes en dicho complejo, se presentara un sistema con principios de lógica programables para la sustitución del uso actual de un solo motor trifásico, poleas, engranes y sistemas de acumulación que según Katrina C. Arabe en un artículo sobre el manejo de materiales optimice su sistema de bandas transportadoras (2009), dichos sistemas consisten en “ correas de transmisión, motores lineales y demás piezas móviles como las indica das en la figura No1.

Figura No 1. Sistema de banda transportadora.

(a. Banda, b. rodillo motriz, c. rodillo tensor, d. carga movilizada, e. Descarga f. tensado por peso y g. rodillos de guía) Fuente: optimice su sistema de bandas transportadoras (2009) ROMPI CNN expansión.

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El desarrollo de esta propuesta, mejora significativamente la velocidad de producción, el ahorro de energía eléctrica, mantenimiento del sistema (eliminación de la lubricación de partes móviles y la sustitución de las mismas por desgaste), disminución de ruido y el abaratamiento de los costos por la considerable disminución de partes y componentes móviles del mecanismo a implementar. Que se resume finalmente: en el desarrollo de un sistema automatizado para la línea de producción de las empresas Puig mediante la aplicación de controladores lógicos programables. Como beneficios del proyecto, el desarrollo de bandas transportadoras industrializadas con los principios de controladores lógicos programables (PLC), solventaría la mayoría de los problemas que presentan los sistemas anteriores de la línea, en primera instancia se aplicaría el posible funcionamiento de paneles de control para la visualización de todos aquellos procesos y parámetros de operación presentes en la etapa de producción de dicha banda transportadora, se proporcionaría un control de procesos de forma independiente a todo lo largo del sistema ya que al implementar 11 reductores de potencia respectivamente en todas las etapas del procedimiento, proporcionaría paradas individuales de los reductores en contra de a una interrupción total de la banda por la suspensión del motor principal, en el sistema anterior. Es decir el operador tendrá a su alcance más herramientas que le permitan ser acertado con respecto a la toma de decisiones, en situaciones que ameriten la suspensión parcial o total del funcionamiento de la maquinaria, tras la previa evaluación de los indicadores suministrados por el modulo del controlador lógico. Finalmente mediante la implementación de esta automatización de bandas transportadoras y el desarrollo de controladoras lógicos programables (PLC), se proporcionaría las herramientas necesarias para que muchas de las tareas que realiza hoy en día el sistema a sustituir en la empresa productora de galletas Puig, se ejecuten de manera automática, con una velocidad considerable y una mayor eficiencia, donde una vez definido y garantizado el funcionamiento de los procesos, estas soluciones permitan que los empleados, administren el tiempo laboral para otras actividades referentes al rendimiento de la línea de producción. Como beneficio adicional se reducirían los riesgos de accidentes laborales ya que la interacción entre el personal y la máquina tiene lugar exclusivamente a través de finales de producción (mantenimiento), sensores y pulsadores o los indicadores presentes en los paneles de control. 7

1.3 OBJETIVOS

1.3.1 Objetivo general

Diseñar e implementar un sistema automatizado para una banda transportadora de la C.A. Sucesora de José Puig & CIA mediante la aplicación de controladores lógicos programables (P.L.C).

1.3.2 Objetivos específicos

Identificar los procesos y funcionamiento actual de los mecanismos presentes en la línea de producción.

Efectuar las mediciones de relaciones mecánicas y de potencia en la línea.

Seleccionar los diferentes tipos de reductores de potencia requeridos.

Diseñar el sistema de control en cascada mediante la aplicación de dispositivos lógicos programables.

Construir el sistema de planos eléctricos: de las conexiones eléctricas, tablero y panel de control.

Elaborar las pruebas de funcionamiento para el sistema de automatización. Implementar el sistema de automatización en la C.A. Sucesora de galletas Puig & CIA.

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1.4 DELIMITACIONES

1.4.1 Delimitaciones Geográficas

El presente proyecto de investigación tiene lugar en la C.A. Sucesora de José Puig, galletas Puig & CIA. En esta locación se elaboraron las investigaciones, mediciones, pruebas e implementaciones pertinentes a este trabajo de grado. Dicha empresa está localizada en el sector de los Cortijos de Lourdes, 2da transversal de la avenida Alejandro Hernández de la ciudad de caracas, Municipio Sucre del estado Miranda. (Parte del montaje del banco de pruebas se efectuó en las empresas SÍMBOLOS filial de sucesora y ubicada en las tejerías estado Aragua. Como complemento de las investigaciones de índoles tanto teóricas como prácticas y antecedentes de la misma se presentan (trabajos de grado, investigaciones, publicaciones, recomendaciones y revisiones de la presente investigación). Por otra parte, se realizaron estudios en la biblioteca y laboratorios de la Universidad Nueva Esparta, localizada en la Av. Sur 7, Urbanización Los Naranjos. Municipio el Hatillo. Caracas. (Se tomará en cuenta las investigaciones realizadas en los domicilios de los autores del presente trabajo de grado, a los diferentes estudios del material documental sustraído de las dos instituciones expuestas con anterioridad o haciendo reseña a las búsquedas de referencias web, trabajos o publicaciones que ayudaron a complementar este trabajo de grado).

1.4.2 Delimitaciones Cronológicas

El tiempo para la realización y aplicación del presente trabajo de grado transcurre al inicio del mes de febrero del año dos mil diez (2010), culminando para la fecha correspondiente del mes de noviembre del año dos mil diez (2010), para un total de 9 meses.

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1.4.3 Delimitaciones Temáticas

Esta automatización se desarrolla en el área de la electrónica, específicamente bajo el concepto de controladores lógicos programables y sistemas de control. La automatización está dirigida a la sustitución del sistema anterior de correas de transmisión para la movilidad de la banda por medio de un motor lineal, remplazados por 11 motores reductores individuales a lo largo de la banda, controlados por PLC en conjunto con paneles digitales en cargados del manejo y visualización de todas las propiedades del sistema.

1.4.4 Delimitaciones Técnicas

El siguiente trabajo de grado estará delimitado exclusivamente al diseño de un sistema de control que permita la automatización de la banda transportadora ubicada en la sala de máquinas de las empresas productoras de galletas Puig, cuya función es la de calibrar, cortar y transportar la masa de los distintos tipos los galletas, tales como: (1. Élite de chocolate, 2. Risk, 3. Piñata, 4. Limón TV, 5.Windsor y 6. Sorpresa con sus derivados) hasta el área de hornos de la misma, mediante la sustitución de un único motor responsable de la movilidad y transmisión de la máquina, por 11 motores y reductores de potencia individuales a lo largo del eje de transmisión, en conjunto con el diseño del código, en lenguaje de Microwim step-7, de los dispositivos lógicos programables de la empresa SIMENS encargados del control automático del sistema a diseñar.

La investigación se regirá bajo los parámetros de funcionamiento de dicha banda transportadora (velocidad, potencia, etc.) y específicamente bajo las condiciones laborales de la C.A. Sucesora de galletas Puig & CIA.

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1.5 LIMITACIONES

Diseño y funcionalidad de la interfaz gráfica para la visualización y control del sistema de automatización, debido al poco manejo y conocimientos de su arquitectura.

Manejo y conocimiento eficiente de los controladores lógicos programables PLC para su aplicación y desarrollo.

Problemas sindicales o gubernamentales que puedan presentarse en la empresa y problemas al momento de la aplicación del sistema por los diversos retrasos en la producción a consecuencia de la instalación y prueba del sistema.

Dificultades con respecto a la adquisición de los componentes, instrumentos, hardware, software, manuales de funcionamiento y planos eléctricos a consecuencia del no otorgamiento de divisas o inexistencia de los mismos en el mercado venezolano.

La limitación con respecto al diseño y funcionalidad de la interfaz gráfica para la visualización y control del sistema, fue solventada, gracias a que una vez adquiridas las plataformas programáticas y de configuración, otorgadas por la empresa, se consiguió constituir las estructuras de supervisión y control deseadas, en conjunto con el manejo eficiente de los controladores lógicos; a consecuencia, de la capacitación y colaboración otorgada por personal de la empresa, permitiendo su aplicación y desarrollo en el presente trabajo de grado. Los problemas sindicales previstos no repercutieron de forma directa en el desarrollo del presente proyecto. Las dificultades con respecto a la adquisición de los componentes, instrumentos, hardware, software o demás dispositivos para efectuar la automatización, fueron de igual forma otorgados por la empresa, mas no en su totalidad, ya que las condiciones internas de productividad no fueron las adecuadas para la compra de los mismos, por lo cual se someterá a la permanencia de la solicitud, con respecto a la aceptación de las cotizaciones pendientes para la implementación total de proyecto. De igual forma no se presentaron problemas con respecto al otorgamiento de divisas, ya que no fue necesaria la importación de dispositivos. 11

CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO

2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN

Para la elaboración de este proyecto se tomaron en cuenta los siguientes antecedentes, los cuales determinaron estudios y procedimientos aplicables para la elaboración de la propuesta. La realización de este trabajo de grado se llevó a cabo en gran parte, mediante la revisión documental con respecto al tema de la automatización industrial, elaboradas en dos instituciones universitarias del país, como lo son la Universidad del Zulia (LUZ) para trabajos de investigación y la Universidad Nueva Esparta (U.N.E) para la consideración de los siguientes trabajos de grado:

Universidad Nueva Esparta

1- (Mezones Joel, 1997 - TG 1383). Automatización de máquina empaquetadora de granos mediante PLC.

Este trabajo de grado está basado en el desarrollo de un proyecto de automatización para una maquina empaquetadora de granos, marca Gaza, modelo Palmar II, perteneciente a la empresa Comagravi C.A. cuyo objetivo es el aumento de la eficiencia, funcionamiento y rendimiento de la máquina, con la sustitución del control o base de lógica cableada por un sistema basado en lógica programable, mediante el empleo de controladores lógicos programables.

En este trabajo de grado se tomaron como referencias los principios de operación de un PLC y las diversas indicaciones técnicas, que conformaron un aporte en los datos técnicos, en las instalaciones eléctricas del dispositivo, periféricos, montaje mecánico y en el conocimiento requerido para estructurar la disposición del sistema, tanto interno como externo del PLC, expuesto en las bases teóricas del presente trabajo de grado. 12

2- (Gutiérrez, Roberto, 1996 - TG 1301) Automatización del proceso de fabricación de propanil implementando PLC.

La idea fundamental de este trabajo de grado consiste en diseñar un sistema basado en controlador lógico programable PLC y un panel de operación OP, para el manejo de la información de los supervisores. También la que selección los diferentes sensores y actuadores que gobernaría el PLC, además diseñar el sistema eléctrico para la distribución de las señales de control, potencia, e instrumentación, por último el sistema, debía entregar datos impresos en forma de reporte diarios, mediante una impresora.

Las referencias suministradas por este trabajo de grado fueron las aportadas por la configuración del panel de operaciones, la disposición de sus elementos, las interfaces de comunicación, el diseño del sistema eléctrico en con junto con su modo de operación. Como complementos a esta investigación se trabajó con aquellos manuales referentes a la II jornadas de sistemas de instrumentación y control, en conjunto con la I jornada panamericana de automatización, llevadas a cabo por la fundación de medición y control automático MECA, desarrolladas en el año de 1994 en la ciudad de caracas, con sede en el hotel Hilton. Según (Mata Nelson, Mayo 1994) presidente del comité organizador, en estos manuales se presentan proyectos, aplicaciones, tecnologías y equipos existentes como herramientas de actualización, conocimiento y capacitación de la ingeniería venezolana a las áreas de instrumentación y control automático de procesos, entre los cuales se demuestran sistema de automatización basados en el empleo de controladores lógicos programables, como es el caso del proyecto de automatización de bombas mediante el empleo de un PLC. Por: Millán, Néstor, Orta José, García Félix y Villalón Raúl (1994) del centro de sistemas digitales e informática industrial. En resumen este artículo presenta la automatización de los ciclos de arranque y parada de las bombas de un llenadero de camiones. Obteniéndose con el nuevo uso de bombas, un funcionamiento máximo de ellas y alargando su vida útil, lo cual depende de la programación realizada en un controlador lógico programable (PLC) capaz de supervisar el funcionamiento del sistema y desempeñado otras tareas de control.

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Otra de las referencias de este trabajo de grado hace alusión a los “Estrategias económicas y políticas de las grandes empresas alimenticias privadas venezolanas y sus efectos en trabajadores, consumidores y pequeñas empresas” publicados por la revista gaceta laboral, de la Universidad del Zulia (LUZ), por Gamboa, Teresa, Meleán, Rosana, Romero y López, Mirtha, donde se expone la importancia de las automatizaciones en bandas transportadoras y a líneas de producción de la industria alimenticia en general, con la implementación de dispositivos lógicos programables (PLC). Que según las autoras comprenden “…un estudio teórico-práctico, con base en análisis de documentos, entrevistas y observación directa, se exploran las estrategias económicas y políticas de grandes empresas alimenticias en Venezuela:... estrategias tecnológicoorganizativas…” Gamboa, Teresa, (2008, párr. 2).

2.2 BASES TEÓRICAS

El mejoramiento del sistema de producción actual de la banda transportadora constituye la adaptación de un sistema de control con aplicación en el campo de la programación de dispositivos lógicos que permitan un manejo de carácter mucho más eficiente que el aplicado actualmente. Por lo cual a continuación se presentarán los distintos datos teóricos que guarden relación con la investigación y su contexto, con respecto a la argumentación de lo que comprende: Bandas transportadoras, sistemas de control, sistema de automatización y los principios de operativos de un PLC.

2.2.1 Banda transportadora

En el transporte de materiales, materias primas, minerales y diversos productos se han creado diversas formas de traslado. Según Rompi en su artículo, manejo de materiales, una de las formas más eficientes es el transporte por medio de bandas transportadoras, ya que estos elementos comprenden una gran sencillez en cuanto a su funcionamiento, donde una vez instaladas en condiciones operación, suelen dar pocos problemas mecánicos y de mantenimiento.

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Las bandas transportadoras son elementos auxiliares para líneas de producción presentes en las mismas instalaciones, cuya misión es la de recibir un producto de forma más o menos continua y regular para conducirlo a otro punto. Son aparatos que funcionan de forma individual, intercalados en las líneas de proceso y que no requieren generalmente de ningún operario que manipule directamente sobre ellos de forma continuada. Un análisis de los aspectos generales de los transportadores de cintas, permite determinar: que la transmisión por correa, provee de una base para el diseño de los transportadores de cintas. La transmisión por correa, está constituida, por movimientos generadores de fricción entre la cinta y los tambores o poleas de accionamiento. Ciertamente otros elementos del diseño, que también colaboran con el sistema de transmisión, son determinantes tanto en la potencia de la transmisión como en la cantidad de material transportado. Este tipo de transportadoras continuas están constituidas básicamente por una banda sinfín flexible que se desplaza apoyada sobre unos rodillos de giro libre. Como se muestra en la figura 2, el desplazamiento de la banda se realiza por la acción de arrastre que le transmite uno de los tambores extremos, generalmente el situado en la cabecera. Todos los componentes y accesorios del conjunto se disponen sobre un bastidor, casi siempre metálico, que les da soporte y cohesión.

Figura No 2. Sistema de banda transportadora.

Fuente: Optimice su sistema de bandas transportadoras (2009) ROMPI CNN expansión.

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Tomando en cuenta a Willian P, en el Manual de fabricación de bandas y rodillos transportadores, se denominan cintas fijas a aquéllas cuyo emplazamiento no puede cambiarse. Las cintas móviles están provistas de ruedas u otros sistemas que permiten su fácil cambio de ubicación; generalmente se construyen con altura regulable, mediante un sistema que permite variar la inclinación de transporte a voluntad. Las bandas transportadoras poseen las siguientes herramientas para poder funcionar óptimamente y con una buena eficiencia: Estructura soportante: la estructura soportante de una cinta transportadora está compuesta por perfiles tubulares o angulares, formando en algunos casos puentes, que se fijan a su vez, en soportes o torres estructurales apernadas o soldadas en una base sólida. Elementos deslizantes: son los elementos sobre los cuales se apoya la carga, ya sea en forma directa o indirecta, perteneciendo a estos los siguientes: Correa o banda: la correa o banda, tendrá una gran variedad de características, y su elección dependerá en gran parte del material a transportar, velocidad, esfuerzo o tensión a la que sea sometida, capacidad de carga a transportar, etc. Elementos motrices: el elemento motriz de mayor uso en los transportadores es el del tipo eléctrico, variando sus características según la exigencia a la cual sea sometido. Además del motor, las poleas, los engranajes, el motor reductor, son otros de los elementos que componen el sistema motriz. Elementos tensores: es el elemento que permitirá mantener la tensión en la correa o banda, asegurando el buen funcionamiento del sistema. Tambor motriz y de retorno: la función de los tambores es funcionar como poleas, las que se ubicarán en el comienzo y fin de la cinta transportadora, para su selección se tomarán en cuenta factores como: potencia, velocidad, ancho de banda, entre otros.

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La industria galletera representa el sector más importantes en el empleo de bandas transportadoras fabricadas en algodón, ya que la elaboración de las galletas se realiza utilizando desde su principio, la banda transportadora de algodón para la formación del producto y luego pasarlas al horno de cocimiento, saliendo de ahí para continuar sobre bandas transportadoras en el proceso de enfriamiento y concluir en la sección de empaque. Este proceso requiere colocar el mecanismo de bandas transportadoras, como indispensables, por tener características físicas neutras, que evitan la influencia de algún sabor u olor que altere la calidad del producto alimenticio en su elaboración.

2.2.2 Sistemas de control Los sistemas de control en función a los procesos de automatización industrial, son aquellos dedicados a obtener la salida deseada de un sistema o proceso. En un sistema general se tienen una serie de entradas que provienen del sistema a controlar, llamado planta o campo, diseñándose un sistema para que, a partir de estas entradas, se modifiquen ciertos parámetros en el sistema planta, con lo que las señales anteriores volverán a su estado normal ante cualquier variación. Un sistema de control básico es mostrado en la figura numero 3. Figura No 3. Sistema de control.

Fuente: Autor A continuación se describirán las dos arquitecturas de mayor conocimiento a nivel industrial, aunque cabe destacar que no son las únicas soluciones a los problemas de control y son otras, como la mezcla entre estas estructuras, que logran solventar diversos planteamientos. 17

Control centralizado: En un control centralizado, existe un único controlador que utilizando toda la información global del sistema y genera las acciones de control para cada uno de los mecanismos del sistema de planta. Ver figura 4. Figura No 4. Sistema de control.

Fuente: Autor Control distribuido: El sistema de control distribuido (DCS) refiere a un sistema de control generalmente de un sistema de fabricación, proceso o cualquier clase de sistema dinámico, en que regulador los elementos no son centrales en la localización (como cerebro) pero se distribuyen a través del sistema con cada subsistema componente controlado por unos o más reguladores. Como se muestra en la figura 5 el sistema entero de reguladores es conectado por las redes para la comunicación y supervisar. Figura No 5. Sistema de control.

Fuente: Autor

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Un DCS utiliza típicamente procesadores dirigidos a driver’s, como reguladores, utilizando ambas interconexiones propietarias y protocolos para la comunicación. Los módulos de la entrada y de salida forman las piezas del control distribuido. El procesador (PLC) recibe la información de los módulos de entrada y envía la información a los módulos de salida. Los módulos de entrada reciben la información de los instrumentos de la entrada en el proceso del campo y transmite instrucciones a los instrumentos de la salida en planta. Buses de campo o conexiones punto a punto conectadas al procesador y a los módulos. Estas conexiones también se conectan con los reguladores, distribuidos con la unidad central de proceso y finalmente con interfaz hombre maquina (HMI) o control consolas. Se presentan entonces diferentes clasificaciones dentro de los sistemas de control, ya sea, atendiendo a su naturaleza (analógicos, digitales o mixtos), atendiendo a su estructura (número de entradas y salidas) puede ser control clásico o control moderno; atendiendo a su diseño pueden ser por lógica difusa, redes neuronales, proporcional, derivativo, integral o integral derivativo. 2.2.3 Sistema Automatizado La automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos. Objetivos de una automatización

Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costos de la producción y mejorando la calidad de la misma para, integrar la gestión y producción. Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos penosos e incrementando la seguridad. Realizar las operaciones de gran dificultad o inalcanzables para controlar intelectual o manualmente el sistema. Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades necesarias en el momento preciso. Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes conocimientos para la manipulación del proceso productivo. 19

Un sistema automatizado consta de dos partes principales: Parte operativa Parte de mando

Parte operativa La Parte Operativa es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada. Los elementos que forman la parte operativa son los accionadores de las máquinas como motores, cilindros, compresores y los captadores como fotodiodos, finales de carrera.

1- Detectores y Captadores Como las personas necesitan de los sentidos para percibir, lo que ocurre en su entorno, los sistemas automatizados dependen de los transductores para adquirir información de la variación de ciertas magnitudes físicas del sistema y del estado físico de sus componentes. Los dispositivos encargados de convertir las magnitudes físicas en magnitudes eléctricas se denominan transductores. Estos

transductores se pueden clasificar en

función del tipo de señal que transmiten en: Transductor todo o nada: Suministran una señal binaria claramente diferenciada Ej.: Para los finales de las carreras se emplean transductores de este tipo. Transductores numéricos: Transmiten valores

numéricos en forma de

combinaciones binarias. (Decodificador) Ej. Los encoders son transductores de este tipo. Transductores analógicos: Suministran una señal continua que es fiel reflejo de la variación de la magnitud física medida.

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Algunos de los transductores más utilizados son: Final de carrera, fotocélulas, pulsadores, etc. 2- Accionadores y Pre-accionadores El accionador es el elemento final de control que, en respuesta a la señal de mando que recibe, actúa sobre la variable o elemento final del proceso. Un accionador transforma la energía de salida del automatismo en otra útil para el entorno industrial de trabajo. Los accionadores pueden ser clasificados en eléctricos, neumáticos e hidráulicos. Los accionadores más utilizados en la industria son: Cilindros, motores de corriente alterna, motores de corriente continua, etc.

Los accionadores son gobernados por la

parte de mando, sin embargo, pueden estar bajo el control directo de la misma o bien requerir algún pre accionamiento para amplificar la señal de mando. Esta preamplificación se traduce en establecer o interrumpir la circulación de energía desde la fuente al accionador. Los pre-accionadores disponen de: Parte de mando o de una parte control que se encarga de conmutar la conexión eléctrica, hidráulica, mecánica o neumática entre los cables o conductores del circuito de potencia. Parte de mando La Parte de Mando suele ser un autómata programable (tecnología programada), aunque hasta poco se utilizaban relés electromagnéticos, tarjetas electrónicas o módulos lógicos neumáticos (tecnología cableada). En un sistema de fabricación automatizado el autómata programable está en el centro del sistema. Este debe ser capaz de comunicarse con todos los componentes del sistema automatizado. 1- Tecnologías cableadas Con este tipo de tecnología, el automatismo se realiza interconectando los distintos elementos que lo integran. Su funcionamiento es establecido por los elementos que lo componen y por la forma de conectarlos. Esta fue la primera solución que se utilizó para crear autómatas industriales, pero presenta varios inconvenientes.

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Los dispositivos que se utilizan en las tecnologías cableadas para la realización del automatismo son: 2- Tecnologías programadas Los avances en el campo de los microprocesadores, de los últimos años han favorecido la generalización de las tecnologías programadas. En la realización de automatismos, los equipos realizados para este fin son: Las computadoras. Los autómatas programables. El computador, como parte de mando de un automatismo presenta la ventaja de ser altamente flexible a modificaciones de proceso. Pero, al mismo tiempo, y debido a su diseño no específico para su entorno industrial, resulta un elemento frágil para trabajar en entornos de líneas de producción. Un autómata programable industrial es un elemento robusto diseñado especialmente para trabajar en ambientes de talleres, con casi todos los elementos del ordenador.

2.2.4 Automatización programable Un autómata programable industrial (API) o Programable logic controller (PLC), es un equipo electrónico como lo muestra la Figura N0 6, programable en lenguaje no informático, diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial, procesos secuenciales. Un PLC trabaja en base a la información recibida por los captadores y el programa lógico interno, actuando sobre los accionadores de la instalación. Figura No 6. Controlador Lógico Programable.

Fuente: SIEMENS 22

Controlador Lógico Programable (PLC) Un PLC es, en principio, un ordenador adaptado a las necesidades de la industria. Sus entradas y salidas no están concebidas para las personas, sino para el control de maquinarias. La interacción entre la máquina y el usuario tiene lugar exclusivamente a través de finales de carrera, sensores y pulsadores o barreras fotoeléctricas. El panel frontal está diseñado como un tablero de conexiones donde las entradas y salidas del PLC se conectan a interruptores e indicadores mediante cables. La programación del PLC se realiza en un PC (no suministrado) mediante una interfaz RS232.

Funcionamiento de un controlador lógico programable (PLC) 1- Funciones básica de un PLC: Detección: Lectura de la señal de los captadores distribuidos por el sistema de fabricación. Mando: Elaborar y enviar las acciones al sistema mediante los accionadores y preaccionadores. Dialogo hombre maquina: Mantener un diálogo con los operarios de producción, obedeciendo sus consignas e informando del estado del proceso Programación: Para introducir, elaborar y cambiar el programa de aplicación del autómata. El dialogo de programación debe permitir modificar el programa incluso con el autómata controlando la máquina. 2- Funcionamiento específico: Como los autómatas programables son máquinas secuenciales, según (Zubía, 2001) ejecutan correlativamente las instrucciones indicadas en el programa de usuario almacenado en su memoria, generando unas ordenes o señales de mando a partir de las señales de entrada leídas de la planta (aplicación): al detectarse cambios en las señales, el autómata reacciona según el programa hasta obtener las ordenes de salida necesarias.

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Esta secuencia se ejecuta continuamente para conseguir el control actualizado del proceso. La secuencia general de operación del autómata se puede dividir en tres fases principales: Lectura de señales desde la interfaz de entradas. Procesamiento del programa para la obtención de las señales de control. Escritura de señales en la interfaz de salidas. A fin de optimizar el tiempo, la lectura y escritura de las señales se realiza a la vez para todas las entradas y salidas; Entonces, las entradas leídas de los módulos de entrada se guardan en una memoria temporal (Imagen entradas). A esta acude el CPU en la ejecución del programa, y según se va obteniendo las salidas, se guardan en otra memoria temporal (imagen de salida). Una vez ejecutado el programa completo, estas imágenes de salida se transfieren todas a la vez al módulo de salida. El autómata realiza también otra serie de acciones que se van repitiendo periódicamente, definiendo un ciclo de operación. Dichas acciones se pueden observar en el diagrama de bloques de la figura 7. Figura No 7. Ciclo de operaciones de un PLC.

Fuente: Curso Básico de Autómatas Programables 24

Modo de Ejecución: Los autómatas en general pueden trabajar de tres formas diferentes: a) Programa: El PLC está en reposo y puede recibir o enviar el programa a un periférico. b) Monitor: El PLC ejecuta el programa que tiene en memoria. c) Run: El PLC ejecuta el programa que tiene en memoria permitiendo el cambio de valores en los registros del mismo. Ciclo de funcionamiento: El funcionamiento del autómata es, salvo el proceso inicial que sigue a un reset, de tipo secuencial y cíclico, es decir, las operaciones tienen lugar una tras otra, y se van repitiendo continuamente mientras el autómata esté bajo tensión. La figura N0 7 ya mostrada explica esquemáticamente la secuencia de operaciones que ejecuta el autómata, siendo las operaciones del ciclo de operación las que se repiten indefinidamente y se divide en dos partes llamados Proceso Inicial y Ciclo de Operación. Proceso inicial Como se muestra en la figura, antes de entrar en el ciclo de operación el autómata realiza una serie de acciones comunes, que tratan fundamentalmente de inicializar los estados del mismo y chequear el hardware. Estas rutinas de chequeo, incluidas en el programa monitor ROM, comprueban: El bus de conexiones de las unidades de E/S. El nivel de la batería, si esta existe. La conexión de las memorias internas del sistema. El módulo de memoria exterior conectado, si existe. Si se encontrara algún error en el chequeo, se activaría el LED de error y quedaría registrado el código del error. Comprobadas las conexiones, se inicializan las variables internas: 25

Se ponen a OFF las posiciones de memoria interna (excepto las mantenidas o protegidas contra perdidas de tensión) Se borran todas las posiciones de memoria imagen E/S. Se borran todos los contadores y temporizadores (excepto los mantenidos o protegidos contra perdidas de tensión). Transcurrido el Proceso Inicial y si no han aparecido errores el autómata entra en el Ciclo de Operación. Ciclo de operación Este ciclo puede considerarse dividido en tres bloques tal y como se puede observar en la figura N0 7, dichos bloques son: Proceso Común

Servicio a periféricos

Ejecución del programa

Proceso común:

En este primer bloque se realizan los chequeos cíclicos de conexiones y de memoria de programa, protegiendo el sistema contra: Errores de hardware (conexiones E/S, ausencia de memoria de programa) Errores de sintaxis (programa imposible de ejecutar). El chequeo cíclico de conexiones comprueba los siguientes puntos: Niveles de tensión de alimentación. Estado de la batería si existe. Buses de conexión con las interfaces. El chequeo de la memoria de programa comprueba la integridad de la misma y los posibles errores de sintaxis y gramática: Mantenimiento de los datos. Existencia de la instrucción END de fin de programa. Estructura de saltos y anidamiento de bloque correctas. Códigos de instrucciones correctas.

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Ejecución del programa: En este segundo bloque se consultan los estados de las entradas y de las salidas y se elaboran las órdenes de mando o de salida a partir de ellos. El tiempo de ejecución de este bloque de operaciones es la suma del: Tiempo de acceso a interfaces de E/S. Tiempo de escrutinio de programa. Y a su vez esto depende, respectivamente de: Número y ubicación de las interfaces de E/S. Longitud del programa y tipo de CPU que lo procesa. Servicio a periféricos: Este tercer y último bloque es únicamente atendido si hay pendiente algún intercambio con el exterior. En caso de haberlo, la CPU le dedica un tiempo limitado, de 1 a 2ms, en atender el intercambio de datos. Si este tiempo no fuera suficiente, el servicio queda interrumpido hasta el siguiente ciclo. Tiempo de ejecución y control en tiempo real: El tiempo total que el autómata emplea para realizar un ciclo de operación se llama tiempo de ejecución de ciclo de operación o más sencillamente tiempo de ciclo "Scan time". Dicho tiempo depende de: El número de E/S involucradas. La longitud del programa usuario. El número y tipo de periféricos conectados al autómata. Los tiempos totales de ciclos son entonces la suma de tiempos empleados en realizar las distintas operaciones del ciclo como se puede ver en la figura 8. Autodiagnóstico (Proceso común) Actualización de E/S (Ejecución del programa) Ejecución de programa.(Ejecución del programa) Servicio a periféricos.(Servicio a periféricos) 27

Figura No 8. Tiempos empleados para los ciclos.

Fuente: Curso Básico de Autómatas Programables

Los tiempos de ejecución de instrucciones se miden en unidades de microsegundos, resultando un tiempo de escrutinio del programa variable, en función del número e instrucciones contenidas. Precisamente el tiempo de escrutinio es uno de los parámetros que caracterizan a un autómata, expresado normalmente en milisegundos por cada mil instrucciones ms/k. El la formula A, que se muestra a continuación, se establece el cálculo de tiempo total de escaneo, que representa la suma de los tiempos requeridos para: gestionar procesos comunes, el tiempo de gestión para periféricos, los tiempos de ejecución de instrucciones y el tiempo requerido para la actualización de E/S (entradas y salidas presentes), explicados con anterioridad en la figura numero 8.

Formula A. Tiempo total para la ejecución de instrucciones.

Fuente: Curso básico de autómata programable

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2.2.5 Estructura de un controlador lógico programable PLC)

1- Estructura externa El término estructura externa o configuración externa de un autómata programable industrial se refiere al aspecto físico exterior del mismo, bloques o elementos en que está dividido. Actualmente son tres las estructuras más significativas que existen en el mercado: Estructura compacta. Estructura semimodular. ( Estructura Americana) Estructura modular. (Estructura Europea)

Estructura compacta

Este tipo de autómatas se distingue por presentar en un solo bloque todos sus elementos, esto es, fuente de alimentación, CPU, memorias, entradas/salidas, etc. Son los autómatas de gama baja o los que suelen tener una estructura compacta. Su potencia de proceso suele ser muy limitada dedicándose a controlar máquinas muy pequeñas o cuadros de mando como se observa en la figura N0 9.

Figura No 9. Estructura de autómatas de gama baja.

. Fuente: SIEMENS

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Estructura semimodular Se caracteriza por separar las E/S del resto del autómata, de tal forma que en un bloque compacto están reunidas las CPU, memoria de usuario o de programa y fuente de alimentación y separadamente las unidades de E/S. Son los autómatas de gama media los que suelen tener una estructura semimodular (Americana). Estructura modular Su característica principal es la de que existe un módulo para cada uno de los diferentes elementos que componen el autómata como puede ser una fuente de alimentación, CPU, E/S, etc. La sujeción de los mismos se hace por carril DIN, placa perforada o sobre RACK, en donde va alojado el BUS externo de unión de los distintos módulos que lo componen. Son los autómatas de gama alta los que suelen tener una estructura modular, que permiten una gran flexibilidad en su constitución. Y los siguientes a implementar en este trabajo de grado.

2- Estructura interna: 1) Unidad de procesamiento central o CPU: La CPU (Central Procesing Unit) es la parte inteligente del sistema. Interpreta las instrucciones del programa de usuario y consulta el estado de las entradas. Dependiendo de dichos estados y del programa, ordena la activación de las salidas deseadas. La CPU está constituida por los siguientes elementos: Procesador Memoria Monitor del sistema Circuitos auxiliares

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2) Fuente de alimentación: La

fuente

de

alimentación

proporciona

las

tensiones

necesarias

para

el

funcionamiento de los distintos circuitos del sistema. La alimentación a la CPU puede ser continua a 24 Vcc, tensión muy frecuente en cuadros de distribución, o en alterna a 110/220 Vca. En cualquier caso es la propia CPU la que alimenta las interfaces conectadas a través del bus interno. La alimentación a los circuitos E/S puede realizarse, según tipos, en alterna a 48/110/220 Vca o en continua a 12/24/48 Vcc. La fuente de alimentación del autómata puede incorporar una batería tampón, que se utiliza para el mantenimiento de algunas posiciones internas y del programa usuario en memoria RAM, cuando falla la alimentación o se apaga el autómata. 3) Interfaces: En el control de un proceso automatizado, es imprescindible un dialogo entre operador-máquina junto con una comunicación entre la máquina y el autómata, estas comunicaciones se establecen por medio del conjunto de entradas y salidas del citado elemento. Los autómatas son capaces de manejar tensiones y corrientes de nivel industrial, gracias a que disponen un bloque de circuitos de interfaz de E/S muy potente, que les permite conectarse directamente con los sensores y accionamientos del proceso. De entre todos los tipos de interfaces que existen, las interfaces específicas permiten la conexión con elementos muy concretos del proceso de automatización. Se pueden distinguir entre ellas tres grupos bien diferenciados: Entradas / salidas especiales. Entradas / salidas inteligentes. Procesadores periféricos inteligentes. Las interfaces especiales del primer grupo se caracterizan por no influir en las variables de estado del proceso de automatización. Únicamente se encargan de adecuar las E/S, para que puedan ser legibles por la CPU, si son entradas, o para que puedan ser interpretadas correctamente por actuadores (motores, cilindros, etc.), en el caso de las salidas. 31

Las del segundo grupo admiten múltiples modos de configuración, por medio de unas combinaciones binarias situadas en la misma tarjeta. De esta forma se descarga de trabajo a la unidad central, con las ventajas que conlleva. Los procesadores periféricos inteligentes, son módulos que incluyen su propio procesador, memorias y puntos auxiliares de entrada / salida. Estos procesadores contienen en origen un programa especializado en la ejecución de una tarea concreta, a la que le basta conocer los puntos de consigna y los parámetros de aplicación para ejecutar, de forma autónoma e independiente de la CPU principal, el programa de control. 4) La unidad de programación: Es el conjunto de medios hardware y software mediante los cuales el programador introduce y depura sobre las secuencias de instrucciones (en uno u otro lenguaje) que constituyen el programa a ejecutar. 5) Memoria: La memoria es el almacén donde el autómata guarda todo cuanto necesita para ejecutar la tarea de control. Datos del proceso: Señales de planta, entradas y salidas. Variables internas, de bit y de palabra. Datos alfanuméricos y constantes. Datos de control: Instrucciones de usuario (programa) Configuración del autómata (modo de funcionamiento, número de e/s conectadas) Existen varios tipos de memorias: RAM: Memoria de lectura y escritura. ROM: Memoria de solo lectura, no reprogramable. EPRON: Memoria de solo lectura, reprogramables con borrado por ultravioletas. 32

La memoria RAM se utiliza principalmente como memoria interna, y únicamente como memoria de programa en el caso de que pueda asegurarse el mantenimiento de los datos con una batería exterior. La memoria ROM se utiliza para almacenar el programa monitor del sistema como hemos visto en el apartado dedicado a la CPU. Las memorias EPROM se utilizan para almacenar el programa de usuario, una vez que ha sido convenientemente depurada. Las memorias EEPROM se emplean principalmente para almacenar programas, aunque en la actualidad es cada vez más frecuente el uso de combinaciones RAM + EEPROM, utilizando estas últimas como memorias de seguridad que salvan el contenido de las RAM. Una vez reanudada la alimentación, el contenido de la EEPROM se vuelca sobre la RAM. Las soluciones de este tipo están sustituyendo a las clásicas RAM + batería puesto que presentan muchos menos problemas. A continuación en la figura N0 10 se presenta los distintos mapas de memoria dentro de un controlador lógico programable de siemens. Figura No 10. Mapas de memorias.

Fuente: Curso Básico de Autómatas Programables 33

Memoria interna En un autómata programable, la memoria interna es aquella que almacena el estado de las variables que maneja el autómata: entradas, salidas, contadores, relés internos, señales de estado, etc. Esta memoria interna se encuentra dividida en varias áreas, cada una de ellas con un cometido y características distintas. La clasificación de la memoria interna no se realiza atendiendo a sus características de lectura y escritura, sino por el tipo de variables que almacena y el número de bits que ocupa la variable. Así, la memoria interna del autómata queda clasificada en las siguientes áreas.

Área de imágenes de entradas/salidas y Área interna (IR) En esta área de memoria se encuentran: Los canales (registros) asociados a los terminales externos (entradas y salidas). Los relés (bit) internos (no correspondidos con el terminal externo), gestionados como relés de E/S. Los relés E/S no usados pueden usarse como IR. No retienen estado frente a la falta de alimentación o cambio de modo de operación. Área especial (SR). Son relés de señalización de funciones particulares como: Servicio ( siempre ON, OFF) Diagnosis ( señalización o anomalías) Temporizaciones (relojes a varias frecuencias) Cálculo

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Área auxiliar (AR) Contienen bits de control e información de recursos de PLC como: Puerto RS232C, puertos periféricos, casetes de memoria. Se dividen en dos bloques: Señalización: Errores de configuración, datos del sistema. Memorización y gestión de datos Es un área de retención Accesible en forma de bit o de canal. No conservan su estado en caso de fallo de alimentación o cambio de modo Área de enlace (LR) Se utilizan para el intercambio de datos entre dos PLC´s unidos en forma PC. Dedicados al intercambio de información entre PLC´s. Si no se utilizan como LR pueden usarse como IR. Accesible en forma de bit o canal. No conservan su estado en caso de fallo de alimentación o cambio de modo Área de retención (HR) Mantienen su estado ante fallos de alimentación o cambio de modo de PLC. Son gestionados como los IR y direccionales como bit o como canal. Área de temporizadores y contadores (TIM/CNT) Es el área de memoria que simula el funcionamiento de estos dispositivos. Son usados por el PLC para programar retardos y contajes.

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Área de datos (DM) Se trata de memoria de 16 bits (palabra). Utilizable para gestión de valores numéricos. Mantiene su estado ante cambios de modos de trabajo o fallo de alimentación. Direccionables como Canal (palabra). Esta área suele contener los parámetros de configuración del PLC (setup), como se muestra en la figura N0 11.

Figura No 11. Áreas de memoria interna.

Fuente: Curso Básico de Autómatas Programables

Las variables contenidas en la memoria interna, pueden ser consultadas y modificadas continuamente por el programa, cualquier número de veces. Esta actualización continua de los datos obliga a construir la memoria con dispositivos RAM.

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Memoria de programa La memoria de programa, normalmente externa y conectada a la CPU mediante tarjetas de memoria, almacena el programa escrito por el usuario para su aplicación. Cada instrucción del usuario ocupa un paso o dirección del programa. Las memorias de programa o memorias de usuario son siempre de tipo permanente RAM + batería o EPROM/EEPROM. Por lo general la mayoría de los fabricantes de autómatas ofrecen la posibilidad de utilizar memorias RAM con batería para la fase de desarrollo y depuración de los programas, y de pasar estos a memorias no volátiles EPROM o EEPROM una vez finalizada esta fase. La ejecución del programa en el módulo es siempre prioritaria, de forma que si se da tensión al autómata con un módulo conectado, la CPU ejecuta su programa y no el contenido en memoria RAM interna. Como se ilustra en la figura numero 12. Figura No 12. Estructura y memorias del PLC

Fuente: Curso Básico de Autómatas Programables 37

2.2.6 Medición de potencia

Medición potencia y factor de potencia (Fp) con amperímetro Según Grainger, J. (1996), en el análisis de potencia este método es de carácter práctico, cuando no se posee de un Vatímetro a la mano o bien se carezca de los medios para su compra, a consecuencia del alto costo de adquisición, sin embargo se presentan métodos prácticos que solo necesitas de una resistencia, un amperímetro o un voltímetro y la aplicación de fórmulas matemáticas (ley de los senos y cosenos). Procedimiento: a) Se conecta en paralelo la resistencia con la carga a la que se le desea medir el Fp. (para fines de esta investigación la carga será la de un motor trifásico). b) Anotar los valores RMS de la corriente que entrega a la fuente, la corriente que pasa por la resistencia y la corriente que pasa por la carga c) Resolución de problema como un análisis vectorial y aplicando las leyes de Kirchhoff suponiendo que el ángulo del voltaje es cero y calcula el ángulo de la carga, una vez determinado tita se abra encontrado la formulación para el factor de potencia deseado como se muestra en la figura N0 13.

Figura N0 13. Calculo para Fp.

Fuente: sistemas de potencia de Stevenson, W

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2.3 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS

A Actuadores: son aquellos elementos que pueden provocar un efecto sobre un proceso automatizado. Actuadores de final de carreras: son aquellos actuadores que se colocan al final de un sistema, ya sea correa, lonas, etc. Auto CAD: es un software profesional para las realizaciones de cualquier tipo de plano, en 2D o 3D. Autómata

Programable:

Puede

definirse

como

un

equipo

electrónico

programable en lenguaje no informático y diseñado para controlar, en tiempo real y en ambiente industrial, procesos secuenciales. Automatización: es el uso de sistemas o elementos computarizados para controlar maquinarias y/o procesos industriales sustituyendo a operadores humanos. B Bus: es un sistema digital que transfiere datos entre los componentes de un ordenador o entre ordenadores. Bus de campo: es el sistema de transmisión de información de datos que simplifica enormemente la instalación y operación de máquinas y equipamientos industriales utilizados en procesos de producción. C Captadores: son dispositivos que reaccionan frente a la variación de una magnitud física para detectar y transmitir informaciones. Conexiones E/S: con un tipo de conexiones especialmente para PLC, para así poder transmitir la data, enviada o recibida. Covenin: Es un organismo gubernamental de Venezuela, la cual tiene normas sobre las empresas. 39

D Detectores: hace referencia a aquel dispositivo capaz de detectar o percibir cierto fenómeno físico, ya sea la velocidad, humedad, intensidad de luz, etc. Diagrama de Contactos: también denominado lenguaje de contactos o en escalera, es un lenguaje de programación gráfico muy popular dentro de los autómatas programables debido a que está basado en los esquemas eléctricos de control clásicos. DCS: El sistema de control distribuido (DCS) refiere a un sistema de control generalmente de un sistema de fabricación, proceso o cualquier clase de sistema dinámico, en que regulador los elementos no son centrales en la localización (como cerebro) pero se distribuyen a través del sistema con cada subsistema componente controlado por unos o más reguladores. Como se muestra en la figura 5 el sistema entero de reguladores es conectado por las redes para la comunicación y supervisar.

E F G H Hardware: son todas aquellas partes físicas y tangibles de una computadora: sus componentes eléctricos, electrónicos, electromecánicos y mecánicos. I Interfaz Gráfica: es un programa informático que actúa de interfaz de usuario, utilizando un conjunto de imágenes y objetos gráficos para representar la información y acciones disponibles en la interfaz. L M

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Microwin Step 7: es un software diseñado para la programación de los controladores lógicos programables (PLC). Módulos: es un componente autocontrolado de un sistema, dicho componente posee una interfaz bien definida hacia otros componentes Moto reductores: son piezas mecánicas, acopladas a los motores. Tienen diferentes funciones, como pueden ser para la reducción de potencia o reducción de velocidad. Motores Trifásicos: son motores eléctricos, la cual son puestos a funcionar con las 3 fases de la corriente alterna. N O Opto acoplador: es un dispositivo de emisión y recepción de luz que funciona como un interruptor excitado mediante la luz. P PLC: o bien llamados controladores lógicos programables, Se trata de un equipo electrónico, que, tal como su mismo nombre lo indica, se ha diseñado para programar y controlar procesos secuenciales en tiempo real. Q R Reductores de Potencia: son aquellas piezas mecánicas, que reducen la potencia de otra pieza mecánica en movimiento. Reductores de Velocidad: son aquellas piezas acopladas en otras piezas móviles para reducir su velocidad. S

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Software: se refiere al equipamiento lógico o soporte lógico de una computadora digital, y comprende el conjunto de los componentes lógicos necesarios para hacer posible la realización de tareas específicas. Siemens: es una empresa internacional, la cual tiene muchos productos electrónicos, como PLC, pantallas táctiles, hechos para las industrias. T Tarjetas electromagnéticas: son tarjetas que su actuación sobre el lector de la tarjeta es por medio de electromagnetismo. Transistores: es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. Transductores: es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de energía de entrada, en otra de diferente a la salida. Tacómetros: es un dispositivo para medir la velocidad de giro de un eje, normalmente la velocidad de giro del motor, se mide en revoluciones por minuto (RPM). Triac’s: es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. U V W Y X Z.

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2.4 SISTEMA DE VARIABLES

Tabla No 1. Cuadro de Variables. Objetivo

Variable

Dimensiones

Indicador

Sub Indicador

Fuente

Técnicas de recolección

- Registro de rutinas. - Observación de las rutinas de producción.

- Trabajo del motor.

Revoluciones por minuto(RPM)

- Velocidad de Metros sobre lonas. segundo(m/s) -Transmisión Potencia de correas y Watts (W) ejes.

- Apreciación - Procesos mecánica. y Identificar los - Desarme y funcionami procesos y evaluación de ento funcionamiento partes móviles. mecánicos. actual de los - Tableros de mecanismos - Evaluación del control de producción. funcionamiento implementado del proceso de s control. - Estructura - Apreciación de conexión del producto eléctrica. obtenido. - Registro de los tipos de producto.

-Revoluciones - Tacómetros por minutos para motores y del motores y superficies lonas lineales (lonas).

Efectuar las Mediciones -Circuito mediciones con del sistema - Cálculos para sensible al respecto a las de la corriente. cambio de relaciones relaciones (desacoplo de corriente mecánicas y de mecánicas correas) durante el y de potencia desacoplo de - Calculo potencia. correas. vectorial para la obtención de - Calculo de potencia. potencia.

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Amperio (A) Voltaje (V) Tipos de galletas

(RPM) (m/s) Corriente (A) Potencia (Watts)

Observación de las variables a identificar. Investigació n de campo

-Entrevistas elaboradas a personal Ingeniero, técnico y Obrero. - Registro de datos.

Observación de los valores de medición obtenidos por los Investigació instrumentos n documental -Libros para cálculos y de campo vectoriales. -Páginas web consultadas.

Objetivo

Variable

Dimensiones

Indicador - Modelos de reductores.

Seleccionar los Reductore reductores de s de potencia potencia

- Catálogo de reductores de potencia.

Sub Indicador

Tipo y serie

- Potencia y Potencia (W) parámetros de funcionalidad. (BsF.) - Precio.

Diseñar el sistema de control en cascada mediante la aplicación de dispositivos lógicos programables

- Lenguaje de programación para PLC. Parámetro s del diseño para el sistema de control por PLC.

- Manejo de entradas y salidas del sistema. - Listado de instrucciones para manejo de detectores y captadores.

-Estructuras básicas de conexión y cableado.

Parámetro s del Construcción diseño - Referencias de los planos para el de conexión eléctricos: de sistema de con modelo conexiones planos SIMENS. eléctricas, eléctricos: tablero y panel - Planos de de control. conexiones eléctricos de la eléctricas, empresa para la sala de tablero y máquinas. panel de control. - Parámetros de seguridad.

- Software Microwin Step-7. - Planos de control de la línea de producción. - Diagramas con Auto CAD. - Listado de Instrucciones SIMENS Microwin Step-7.

Dimensiones. - Distribución de cableado y dispositivos. - Tensiones y corrientes nominales. - Numero de fases.

Fuente

Investigació n documental

Técnicas de recolección -Catálogos de reductores. - Libros referentes a los tipos de reductores Observación de tutoriales.

Instrucción de cálculo, secuencia, transferencia de datos, de comparación y conversión.

-Estudio de manuales de Investigació programan ción. documental y de campo. -Libros de instruccione s y flujos. -Planos de control y operación.

Unidades de medida metros (m) Altura Ancho Largo Voltaje

(V)

Corriente (A)

Observación para la recolección de datos referente a dimensiones de la sala y distribución de la misma. Investigació n - Libros y documental manuales de y de campo. distribución de tableros y conexiones. Reglamento s de seguridad laboral.

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Objetivo

Variable

Elaborar las - Pruebas pruebas de de funcionamiento funcionami para el ento sistema.

Dimensiones

Indicador

-Simulador del -Simulación y Software compilación del MicrowimStep proceso. -7. -Factores de amplitud, intensidad, potencia y tiempo de trabajo.

- Valores de tensión, corriente, Potencia y segundos de las pruebas.

Sub Indicador

Fuente

Técnicas de recolección

Volt. (V)

Observación Investigació y registro de n los valores Pot. (W) documental producidos y de campo (Seg.) por las simulacione de simulación s y pruebas del sistema. Amp. (A)

- Evaluación del -Costos como consecuencia costo de la implementación de la parada de la línea. -Tiempo estimado para -Costos de los materiales la sustitución. para la Observación -Autorización aplicación. Bolívares de las de la puesta en Fuertes. variables a -Costo de los marcha del (BsF.) identificar. dispositivos a proyecto. implementar. Revolucio-Entrevistas - Compra de los nes por elaboradas -Costo para la minuto (RPM) elementos y a personal capacitación Implementar el dispositivos Ingeniero, del personal Metros sobre sistema de necesarios. técnico y técnico y automatización Parámetro segundo Investigació Obrero. - Ejecución de s para el obrero. en la C.A. (m/s) n de campo las etapas de sistema Sucesora de -Evaluación y -Código sustitución y galletas Puig & autómata a Potencia de las documental Eléctrico conexión del implement CIA. Watts (W) normas, Nacional y sistema. ar. códigos, Normativa Amperio (A) estándares y - Implementar ISO, ISA manuales de normas de Voltaje (V) Siemens. instalación. seguridad Tipos de Nacionales y de - Respuesta - Registro de galletas del sistema estándares. datos. (velocidad, - Pruebas potencia, Comparació finales de voltaje y n con los procesos y control) datos del control del sistema - Eficiencia en sistema. anterior. la producción -Evaluación de los tipos de continua de la galletas automatización. requeridos.

45

CAPITULO III MARCO METODOLÓGICO

Según lo planteado por Balestrini Acuña. (2006), se sostiene que: “…El Marco Metodológico, está referido al momento que alude al conjunto de procedimientos lógicos, tecno-operacionales implícitos en todo proceso de investigación, con el objeto de ponerlos de manifiesto y sistematizarlos…” es decir que en esta sección se exponen de forma precisa el tipo de datos que se requiere indagar para el logro de los objetivos de la investigación a propósito de permitir descubrir y analizar los supuestos del estudio y de reconstruir

los

datos,

a

partir

de

los

conceptos

teóricos

convencionalmente

operacionalizados. El enfoque metodológico, que orientó el desarrollo de esta investigación, se centró en los siguientes aspectos:

3.1 TIPOS DE INVESTIGACIÓN

Según el instituto venezolano de investigaciones científicas los tipos investigación son un proceso que, mediante la aplicación del método científico, procura obtener información relevante y fidedigna (digna de fe y crédito), para entender, verificar, corregir o aplicar el conocimiento. Por lo cual en primera instancia el tipo de investigación del presente trabajo de grado es de carácter científico, ya que se complementa con la misma filosofía del instituto venezolano de investigaciones científicas que interpreta a la investigación científica como la búsqueda intencionada de conocimientos o de soluciones a problemas de carácter científico y contemplando al el método científico como una indicación del camino que se ha de transitar en esa indagación y donde son las técnicas las que precisan la manera de recorrerlo.

46

Partiendo de la consideración teórica y de los objetivos trazados en esta investigación; y según lo propuesto en

Metodología de la investigación holística de

Barrera Jacqueline, (2005) la modalidad de la investigación, denominada investigación proyectiva también conocido como proyecto factible, consiste en la elaboración de una propuesta o modelo para solucionar un problema (solventar el deficiente funcionamientos del mecanismo actual de una banda transportadora). Se ubican las investigaciones para inventos, programas, diseños. Como también, su implementación para orientar el abordaje del problema objeto de estudio. Este tipo de investigación, fue seleccionado por cuanto responde al enunciado de una investigación científica, que parte del principio de que permite la elaboración de una propuesta de un modelo operativo viable, o una solución posible, cuyo propósito es satisfacer una necesidad o solucionar un problema. Tomando en cuenta que los proyectos factibles se deben elaborar respondiendo a una necesidad específica, ofreciendo soluciones de manera metodológica. Por lo cual este tipo de investigación, se ubica dentro de la modalidad antes identificada y que según Fernández Cristina, (2006) coordinadora del departamento de metodología de la universidad Metropolitana permite desde el punto de vista metodológico: 1.- Realizar un diagnóstico de un problema concreto, focalizado en este caso en particular, en la modificación y reestructuración, de un sistema automatizado, capaz de proporcionar de transportar eficazmente el producto deseado con mejoras en la velocidad, funcionamiento y operacional del proceso. El problema planteado en el siguiente trabajo de grado es la ineficiente funcionalidad de una banda transportadora debido a su mecanismo de transmisión que parte de la puesta en marcha de un único motor para la movilidad de toda la estructura. Mediante la implementación del proyecto factible se plantea una automatización por medio de la sustitución de este mecanismo y la puesta en práctica de 11 reductores de potencia controlados por la programación de dispositivos lógicos programables PLC. 2.- Presentar una solución de carácter tecnológico que ejecute la función antes señalada (implementación de una automatización con base en el manejo de controladores lógicos programables). 47

3.- Ser implantado en la infraestructura que presenta el deterioro en dicha industria y que permita el funcionamiento de este sistema (Banda transportadora de la empresa productora de Galletas Puig).

3.2 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN

Para el conjunto de decisiones, pasos, esquema y actividades a realizar en el curso de la investigación. El diseño empleado en este estudio, responde a los objetivos establecidos en el mismo. En este sentido, el diseño aplicado se denomina diseño de campo y documental; recolectando datos directamente de los sujetos investigados y de la realidad donde ocurren los hechos de la automatización, sin embargo, se manipula o controlar variables, es decir, se obtiene la información alterando las condiciones existentes para su posterior mejora, como se plantea en

los distintos objetivos

específicos del presente trabajo de grado, que proponen: la identificación de procesos y funcionamiento en bandas industriales, selección de dispositivos a implementar por medio de catálogos, construcción del sistema por medio de normativas y estándares eléctricos. De allí su carácter de investigación proyectiva. Esto según lo previsto por Fernández Cristina, (2006) donde concreta al proyecto factible como apoyo integral en investigaciones de tipo documental, de campo y de diseños que incluye ambas modalidades y que finalmente se constituye como una investigación mixta. -

Comprendiendo las siguientes etapas generales: El diagnóstico. Planeamiento y fundamentación teórica de la propuesta. Procedimiento metodológico. Actividades y recursos necesarios para su ejecución. Análisis y conclusiones sobre la viabilidad y realización del proyecto. Es por esto que según Fernández Cristina, (2006) la Investigación de Campo

viene definida por: la dimensión Teorética o pregunta de investigación, el tipo de investigación, el marco teórico y la dimensión Táctica o los procedimientos a seguir:

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El análisis sistemático de problemas en la realidad, con el propósito bien sea de describirlos, interpretarlos, entender su naturaleza y factores constituyentes, explicar sus causas y efectos o predecir su ocurrencia, haciendo uso de métodos característicos de cualquiera de los paradigmas o enfoques de investigación conocidos o en desarrollo. La fuente principal de datos es el sitio donde se presenta el problema, los datos de interés son recogidos en forma directa de la realidad, en este sentido se trata de investigaciones a partir de datos originarios o primarios.

Por otra parte Fernández Cristina, (2006) define la investigación documental: como el estudio de un problema con el propósito de ampliar y profundizar el conocimiento de su naturaleza principal, en trabajos previos, así como información y datos divulgables por medios impresos. Dicho esto, se considera que este Proyecto Factible apoyara su investigación en un diseño de campo y documental. Ya que los datos para su realización serán obtenidos directamente del lugar donde se va a basar la investigación y otros muchos de material teórico ya existente. Comprendiendo finalmente una investigación de carácter mixta

3.3 POBLACIÓN Y MUESTRA

A continuación se hará referencia con respecto al contexto, ser o entidad poseedoras de las características, evento, cualidad o variable, que se desean estudiar. La unidad de estudio (población) seleccionada para desarrollar el sistema prototipo, está integrada por dos poblaciones de las empresas productoras de Galletas Puig, ya que la viabilidad de la propuesta de automatización es únicamente referente a los parámetros de funcionamiento exclusivos del sistema de bandas transportadoras de dicha empresa lo que presenta una población finita:

Población (A): Representada por dos (5) personas en el área ejecutiva de la empresa subdivididos en: (3) directores ejecutivos, (1) director de proyectos y (1) gerente general. Los criterios de selección para esta población fueron los siguientes:

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En primera instancia esta población fue seleccionada debido a que es esta directiva la que analiza la viabilidad del proyecto emitiendo la orden presupuestaria para su aplicación.

Constituye el personal calificado para reclutar aquellos factores externos (personal, instituciones, instrumentos, maquinaria y partes necesarias) que contribuyan a los proyectos de interés dentro de la empresa.

Constituye el personal con el rango de ingenieros y capacidad tanto profesional como en experiencia en ese campo de la industria que implementaron gran parte del sistema actual o tienen conocimiento del mismo. Además de ser los responsables indirectos de la revisión, ejecución y supervisión de proyectos. Población (B): Constituida por (7) personas entre personal obrero y técnico, específicamente (3) individuos del personal Técnico y (4) pertenecientes al personal obrero. Estos fueron seleccionados bajo el siguiente criterio:

Para el personal técnico se seleccionó a un jefe de mecánicos ya que es fundamental la capacitación y experiencia técnica en el área mecánica para comprender el funcionamiento general y específico de la maquinaria. Esta persona asignara por otra parte, a los demás técnicos u operadores (electricistas) que faciliten el correcto desarrollo del proyecto como a la hora de implementar el sistema de conexiones diseñado.

Para el personal obrero la escogencia se sujetara a aquellas circunstancias donde se requiera de asistencia para el desarme y ensamblaje de partes de dicha maquinaria.

Estas poblaciones generalmente son un conjunto de individuos de la misma clase, limitados, entre otros, por el grado de estudio requerido para el manejo de las distintas situaciones latentes en el proceso de desarrollo. Al respecto Bautista María (2006), expone que “...la población, es la reunión de individuos, objetos, etc., que pertenece a una 50

misma clase, con la diferencia que se refiere a un conjunto limitado por el ámbito del estudio a realizar”. Por lo cual Una población finita, se interpreta como aquella cuyos elementos en su totalidad son identificables por el investigador, por lo menos desde el punto de vista del conocimiento que se tiene sobre la cantidad total. Entonces, la población es finita cuando el investigador cuenta con el registro de todos los elementos que conforman la población en estudio, como se presenta a continuación:

1. Información suministrada: La información aportada por el personal obrero se resume en el conocimiento de las posibles averías, problemas y demás aspectos que engloben el funcionamiento y manejo del sistema de bandas de transporte en la industria. Por otra parte, el personal técnico suplirá la información necesaria de los aspectos técnicos de ingeniería y procedimientos, de dichas averías o problemas sugeridos por el personal obrero. Entendiéndose como las diferentes piezas, repuestos, sistemas mecánicos o eléctricos susceptibles a daños y demás instrumentos o componentes asociados al tema. 2. Toma de decisiones: El personal del área ejecutiva de la empresa confirmará los elementos o sistemas que se consideren necesarios para su modificación o posterior sustitución para solventar las fallas presentadas en la producción actual. Como también los recursos económicos y de índoles particulares necesarios para el desarrollo y mantenimiento del proyecto, además de información gerencial y protocolar.

Debido a que las unidades de población para esta investigación obedecen a un perfil sumamente bajo, no se requiere la determinación de unidades de muestreo, ya que es posible la recolección de información con el número de personas que se plantea originalmente sin la necesidad de una muestra de poblaciones infinitas.

51

3.4 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS Una vez seleccionadas las técnicas más adecuadas (cotejo y estimación) para recoger evidencias en relación con los distintos aspectos a evaluar, se elaborarán los instrumentos considerados como herramientas indispensables para recoger y documentar los aspectos a verificar y sus resultados. Estos tienen una múltiple función:

Transparentan los criterios puestos en juego por el evaluador en el desempeño de su rol. Facilitar un soporte para el registro de las evidencias. Constituirse en documentos críticos del dossier de evidencias del postulante.

La evaluación basada en normas de competencia exige la puesta en juego de algunos requisitos a tener en cuenta en el diseño de instrumentos. Entre ellos: validez, confiabilidad y Representatividad, es decir, la relevancia de los distintos aspectos considerados en detrimento de los menos significativos. Objetividad o la independencia del juicio evaluado en el registro de la información. En el caso más convencional, cuando se pretende evaluar las evidencias de desempeño o de producto, las herramientas más adecuadas según Fernández Cristina, (2006) son las basadas en la observación y posterior registro de una lista de cotejos, que para fines de este trabajo de grado se presentó en la forma de cuadernos de notas y las escalas de estimación referidas a la evaluación de la información recopilada por los mecanismos de entrevistas y observaciones directas del proceder del sistema actual de bandas transportadoras.

Listas de control o cotejo: o

Cuaderno de notas.

Escalas de estimación: o

Observación directa.

o

Entrevistas.

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Lista de control

La lista de control o cotejo, consiste en una serie de indicadores (enunciados afirmativos o interrogativos sobre hechos, características o secuencia de acciones, entre otros) cuya presencia o ausencia se desea constatar. El evaluador debe señalar, en cada caso, si los indicadores o signos de evidencia están o no presentes. Como lo muestran los anexos C, con el cuaderno de notas.

La lista de control se empleó con frecuencia para evaluar:

las tareas o procesos que pueden reducirse a acciones muy específicas. las características que necesariamente debe reunir un determinado producto o resultado. la existencia o inexistencia de determinadas conductas prescriptas en normas de seguridad.

La lista posibilita registrar evidencias en ambientes reales de trabajo, en situaciones simuladas, en entrevistas, en el análisis de productos, o en el de documentación de distinto tipo. En su elaboración se sugiere considerar listas independientes en función del propósito.

La escala de estimación Consistió en una serie de categorías ante cada una de las cuales, lo evaluado indica el grado en que se encuentre presente determinada característica, o la frecuencia con que ocurre determinada acción. Es similar a la lista en cuanto a que tiene aspectos básicos como referencia para orientar la observación, y difiere de ella en cuanto a que permite tildar el grado o la medida en que se manifiesta cada característica a observar en el postulante.

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Adoptó diferentes formas: escala continua (numérica) y escala discreta (categorías cuya distancia no es matemática, sino aproximativa, por ejemplo: siempre; la mayoría de las veces, algunas veces y nunca). La entrevista: Consiste en una conversación entre una o más personas en la cual uno es el entrevistador y el otro u otros son los entrevistados. La entrevista se utiliza para recabar información en forma verbal, a través de preguntas que propone el investigador o entrevistador. Como se presenta en los anexos C.

3.5 PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN

La definición de pautas para el procesamiento y análisis de la información es clave para que los distintos actores de un Proyecto puedan disponer de información de calidad, oportuna y útil, según sus necesidades. En este sentido, hay que tener en cuenta definir pautas coherentes para los niveles de ejecución del proyecto y las unidades funcionales: iniciando con el nivel de “campo” (las comunidades y organizaciones), pasando por las coejecutoras, hasta llegar al nivel de dirección y los financiadores.

El patrón básico de análisis de información implementado, consta de los siguientes pasos:

Identificar la pregunta o preguntas que se quieren responder Seleccionar la información requerida (los indicadores y otros datos explicativos) Asegurar la calidad de los datos disponibles Establecer interrelaciones entre los datos (las relaciones o cadenas causales a través de las cuales se pueden responder las preguntas) Interpretar los datos: obtener conclusiones generalizables a partir de los datos analizados Formular recomendaciones

En general, el análisis de Seguimiento consistió en comparar lo ejecutado con lo planteado. Este análisis incluye: 54

1. Análisis de cumplimiento de actividades:

En cuanto a cantidad (con relación al cronograma): ¿Qué actividades de las planeadas no se hicieron y por qué?, ¿Qué actividades adicionales se hicieron y por qué ¿Se hicieron en el “momento” (con relación a las otras actividades) en que se planeó hacerlas?

En cuanto a la calidad: ¿Con las actividades realizadas, se obtuvieron los logros que se esperaban? Si no, ¿por qué?

2. Análisis de pertinencia de las actividades: ¿Qué tan adecuadas fueron las actividades realizadas y su metodología para la población?

3. Análisis de cumplimiento de metas de producto: ¿Cuáles de los productos esperados se obtuvieron? ¿Cuáles no y por qué?

4. Análisis de ejecución presupuestal y eficiencia en el uso de recursos: ¿Se usaron los recursos como se planearon? Si no ¿por qué?

5. Análisis de cambios en el contexto y en los supuestos del Marco Lógico ¿Cómo los cambios en contexto han potenciado o limitado la realización de las actividades y/o la obtención de logros y productos? ¿En qué y por qué?

6. Análisis de la participación de la población: ¿Cómo y en qué están participando los hombres, las mujeres y los/as jóvenes? Si hay diferencias en la participación de los hombres con relación a las mujeres y con relación a los/as jóvenes ¿A qué se deben las diferencias? ¿Cómo inciden esa participación en los logros del proyecto?

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CAPÍTULO IV SISTEMA PROPUESTO

En el presente capitulo se presentarán aquellas actividades sistemáticas que se ejecutaron en el transcurso de la automatización con el fin de cumplir los objetivos, anteriormente planteados y que en consecuencia permitieron desarrollar el propósito de este trabajo de grado. Exponiendo los procedimientos, mecanismos y técnicas implementadas en el estudio, medición, selección, diseño, construcción, pruebas e implementación del sistema con respecto al funcionamiento previsto.

4.1 IDENTIFICACIÓN LOS PROCESOS Y FUNCIONAMIENTO DE LOS MECANISMOS PRESENTES EN LA LÍNEA DE PRODUCCIÓN

Por medio de la observación directa del sistema interno y externo de la maquinaria, complementado con las entrevistas realizadas al personal técnico, encargado del funcionamiento del proceso; se determino que la producción de este sistema, constituye la elaboración de diversos tipos de galletas, que en consecuencia, varían el funcionamiento de sus secciones, ya sea, que para una galleta no se requiera una sección de calibración conforme a la laminación de su masa, el uso de un rodillo rotativo o la implementación de un troquel cortador, que active una lona de recortes para la eliminación de dichos cortes, en el proceso. Por lo cual, se constituyen diversos procesos en el funcionamiento del sistema, mediante la transmisión por correas o cadenas, de los distintos mecanismos que integran las diversas secciones del conjunto. Habilitados por una serie de embragues, tensores de lonas y mecanismos internos que conforman la estructura funcional del sistema.

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1- Identificación de las variables de control del proceso Para la identificación de los diversos procesos que constituyen el funcionamiento del sistema, se estudiaron las distintas variables que corresponden al control operativo del proceso o aquellos procedimientos, mecanismos y condiciones que lo rigen. Entre estas variables se reconoce la velocidad de las lonas durante el trasporte de la masa o galletas, mediante el parámetro de medición como metros sobre segundos (m/s), niveles de operación: encendido o apagado del sistema (on / off), los parámetros y niveles de voltaje de funcionamiento del sistema (galvanómetros y pulsadores presentes en el tablero), la distribución de potencia y trasmisión del movimiento otorgado por el motor principal a través de los embragues y mecanismos internos, y por último la activación de las distintas etapas de la línea según el tipo de galleta a producir (Manillas tensoras y de calibración). 4.1.1 Diagrama en Bloque En la figura numero 14 se exponen las distintas fases que constituyen el funcionamiento del proceso, controlado por el motor principal e integrando sus dos inicios con respecto al surtido de la masa para la elaboración de las galletas previo al sistema de hornos.

Figura No 14. Funcionamiento de Bandas Transportadoras con Motor Principal.

Motor Principal

Masa

Lona y Rodillo Calibrador 1

Fase 1

Lona y Rodillo Calibrador 2

Lona y Rodillo Rotativo

Lona y Cortadora

Fase 3

Fase 4

Fase 2 Masa

Lona espaciadora y de recorte

Fase 5 Salida al horno

Fuente: Autor (Calibración y corte de masa para la preparación de galletas). 57

Bloques referentes a la masa: Este cuadro representa el suministro de materia primar o (masa para la elaboración de galletas) que será destinada para el corte y la calibración del espesor y forma requerida para la producción general. Este suministro consta de dos surtidores, el primero localizado al inicio de la banda donde se introduce la masa ya preparada a la fase I del sistema y el segundo suministro se presenta en la fase tres del sistema, como consecuencia de los diversos tipos de galleta que la producción requiera, ya que dependiendo de la fase por la que se suministre la masa, las características de las galletas varían y como resultado se obtendrán los distintos tipos de galletas. Bloque de motor principal: Este bloque refiere al motor principal responsable del funcionamiento del sistema. Este mecanismo es el encargado de la movilidad de todo el eje transmisor de la banda y de los rodillos presentes. Fase 1: La fase 1 representa el inicio del sistema, durante el cual se calibra el grosor de la masa por la acción de un sistema de rodillo calibrador y el transporte de una lona de los rodillos calibrador. Fase 2: Esta fase constituye una segunda calibración del grosor de la masa para un óptimo resultado en la calidad del producto requerido. Fase 3: En la tercera fase la masa se asienta mediante el transporte de la masa y la intervención del rodillo rotativo. Fase 4: Para la cuarta etapa del sistema se implementan rodillos cortadores responsables del corte determinado, para darle forma al tipo de galleta que se presenta en la producción y su transporte hacia las lonas cortadoras posteriores al corte. Fase 5: La quinta y última fase del sistema consiste en una lona espaciadora cuya función consiste en dar una separación adecuada entre las filas de galletas precortadas y transportarlas al inicio de otra etapa distinta de la producción de la empresa (hornos) mediante la lona de recortes. Salida al horno: La salida a los hornos constituye el traslado del producto (moldeado o corte del tipo de galletas) hacia el sistema de los hornos para su posterior cocción.

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4.1.2 Diagrama Estructural del sistema

El sistema consta de 5 fases o secciones que bien pueden estar integradas por lonas, rodillos calibradores, rodillos rotativos o estructuras de corte y estampado denominados troquel o cortadores, cuyo funcionamiento comprende una transferencia de movimiento el cual está dado por: acoples, piñones, correas de trasmisión y cajas reductoras, accionados por un único motor principal y cuya potencia es distribuida a lo largo del sistema por los elementos ilustrados en la figura numero 15, que en conjunto efectúan el desempeño de la línea.

Figura No 15. Diagrama estructural del sistema.

Fuente: Autor (vista lateral izquierda del sistema)

4.1.3 Mecanismos y funcionamiento del sistema

La transmisión por correas provee la base para el diseño de este transportador de cintas. Esta transmisión por correa es efectuada por fricción entre la cinta y los tambores o poleas de accionamiento; Ciertamente otros elementos del diseño, que también colaboran con el sistema de transmisión, son determinantes tanto en la potencia de la transmisión como en la cantidad de material transportado, como por ejemplo: cajas reductoras, variadores PIV, rodillos tensores, piñones, correas, cadenas y demás mecanismos como se muestra a continuación en la figura N0 16. 59

Figura N0 16. Mecanismos de Transmisión principales.

Fuente: Autor (Motor, eje principal, acoples de lona y rodillo con PIV)

Este tipo de transportadores continuos están constituidos básicamente por una banda sinfín flexible, que se desplaza apoyada sobre unos rodillos de giro libre. El desplazamiento de la banda se realiza por la acción de arrastre que le transmite uno de los tambores o extremos, generalmente situado en "la cabeza" o inicio, para algunas de las lonas. Todos los componentes y accesorios del conjunto se disponen sobre un bastidor metálico, que les da soporte y cohesión. A demás de integrar cintas móviles, provistas de tambores, rodillos u otros sistemas que permiten su fácil cambio de ubicación; con altura regulable, mediante un sistema que permite variar la inclinación de transporte a voluntad, mediante sistemas de perillas situados a los costados del sistema. Como se evidencia en la Figura N0 17.

Figura N0 17. Cajas reductoras, acoples de rodillos y PIV.

Fuente: Autor

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Por igual, se presentan un conjunto de reductores y cilindros tensores con respecto a la movilidad de los rodillos calibradores, rotativos y cortadores, en conjunto a los variadores PIV (cajas reductoras de velocidad) para la transmisión de las lonas y el sistema de manillas para la tensión, velocidad y ajuste de lonas. Estas manillas elevan o descienden los tambores cuya fricción, al tensarse por efecto del desnivel, dan movilidad a cada lona cuando su accionar es requerido. Para los rodillos se presentan manillas cuya función es graduar la separación existente entre cada rodillo, para así obtener el calibre de masa deseado por galleta, ilustradas a continuación en la figura N0 18. Figura N0 18. Sistema de manillas tensoras de lonas y calibre de rodillos.

Fuente: Autor En la figura numero 19 ilustrada a continuación, se muestra el conjunto de cajas reductoras en paralelo P.I.V, estas cajas, adecuan la velocidad final, obtenida de los mecanismos internos de transmisión presentes en el sistema y acopladas tanto a los ejes tensores de las lonas como a las bases del acople de piñones de cada rodillo.

Figura N0 19. Sistema de manillas tensoras de lonas y calibre de rodillos.

Fuente: Autor

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En principio, para los tipos de galletas que requieren de una calibración con respecto a su masa, se habilitan las dos primeras secciones de graduación, constituidos por las lonas del 1er y 2do rodillo calibrador, cuyo accionar está dispuesto por el tercer embrague del sistema. Sucesivamente la masa calibrada pasa por la lona del rodillo rotativo para su corte mediante los moldes impresos en el mismo, por el brazo cortador de alambre o por el troquel cortador. Una vez moldeada o cortada la galleta, se transportara mediante la lona cortadora a la lona separadora, que la entregará a la entrada del horno en disposición correcta para su cocción. (Si se implementa el troquel cortador la lona de recortes desvía los restos o bordes sobrantes) Para aquellas galletas que no requieren calibración, se inicia su proceso a partir de la tercera sección, constituida por el rodillo rotativo, el surtido de masa se origina por la tolva situada en la parte superior del cilindro que la direcciona hacia dicho molde para su modelado. Luego es transportada por la lona cortadora hacia la lona separadora y seguidamente distribuida al sistema de hornos como se muestra a continuación en la figura numero 20.

Figura No 20. Mecanismo y funcionamiento externo del sistema.

Fuente: Autor

Esta imagen ilustra los mecanismos externos del sistema que se clasifican en: Lonas, Rodillos Calibradores, Rodillos Rotativos, Rodillos Cortadores de Alambre y Troquel o cortadora, con el fin de graficar el conjunto de elementos cuyo accionar es consecuencia del sistema de transmisión interno de la maquina presentado en la figura N0 21. Para una mejor comprensión del sistema se clasificaran los segmentos conformados por dichos mecanismos: 62

1er Segmento: lona 1 y rodillo 1, despliegue del primer sistema de lona y rodillo calibrador. (fase 1 del sistema). 2do Segmento: lona 2 y rodillo 2, despliegue del segundo sistema de lona y rodillo calibrador. (fase 2 del sistema). 3er Segmentos: lona 3 y rodillo 3, despliegue del tercer sistema de lona y rodillo rotativo. (fase 3 del sistema). 4to Segmento: rodillo 4 y Cortadora 1, despliegue del cuarto sistema de rodillo cortador de alambre y troquel o cortadora. (fase 4 del sistema). 5to Segmento: lona 4, lona 5 y lona 6, despliegue del sistema de lona cortadora, lona de recortes, lona separadora. (fase 5 del sistema).

Sistema de crochés

El embrague o croché es un sistema que permite transmitir la energía mecánica a su acción final dentro de la línea, el mismo está constituido por un conjunto de piezas situadas entre el motor y los dispositivos de transmisión, y asegura un número de funciones: 1) En posición acoplado (o “embragado”) transmite la potencia suministrada en el sistema, los piñones y el motor está vinculado a la transmisión. 2) En posición desacoplada (o “desembragado”) se interrumpe la transmisión. En el mecanismo interno, las ruedas, engranes y tensores giran libres o están detenidos, y el motor puede continuar girando sin transmitir este giro a las ruedas. 3) En posición intermedia restablece progresivamente la transmisión de potencia. Permitiendo de esta forma moderar los choques mecánicos y evitando, por ejemplo, que el motor se detenga o que los componentes de los sistemas se rompan por el fuerte impacto, esto se produce entre la inercia de un mecanismo que se encuentra en reposo y la potencia instantánea transmitida por el motor. Como se muestra en la Figura N0 21.

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Figura N0 21. Sistema de Crochés principal y secundarios.

Fuente: Autor

El Croché Principal ilustrado a la izquierda de la imagen es el responsable de acoplar el eje principal de transmisión para que a consecuencia los embragues secundarios, den continuidad a la transmisión de las cajas reductoras a las secciones ya antes mencionadas, según el tipo de galleta a que se quiera producir. Vale destacar la presencia de un (pedal o croché de velocidad) responsable de acoplar las cajas reductoras con el fin de aumentar o disminuir la velocidad de producción.

Figura No 22. Mecanismo y funcionamiento interno del sistema.

Fuente: Autor (Plataforma Auto CAD)

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En la figura 22 se representan los mecanismos internos del sistema, en primera instancia el motor principal, que mediante su eje, hace mover el primer juego de piñones en base a poleas, direccionando el movimiento a la tercera caja reductora. A consecuencia de las altas revoluciones a las que el eje conducido se encuentra, dicha caja reductora aminora dicha velocidad y la transmite consecutivamente a la 1era y 2da sección. En la primera sección la primera caja reductora transfiere el movimiento a las demás poleas que dirigen la trasmisión al primer y segundo PIV, que comprenden un variador de cadena, que trabaja a potencia constante en el eje de salida, mientras cambian la velocidad y el par. Obteniendo así una salida constante para los ejes de los rodillos tensores de las lonas del 1er y 2do rodillo calibrador y en el piñón conductor o base de los rodillos calibradores, señalados a continuación en la figura numero 23.

Figura No 23. Mecanismo y distribución de las lonas.

Fuente: Autor

En la tercera sección la segunda caja reductora implementando el mismo juego de poleas, piñones y variadores de velocidad PIV, estos transfieren el movimiento al eje del rodillo tensor de la lona rotativa y al piñón base del rodillo rotativo. Por otra parte al accionar el embrague principal del eje de distribución se acoplan los mecanismos para el funcionamiento de las poleas y piñones que le darán movilidad al rodillo cortador de alambre, al troquel o cortadora y por último a la 4ta caja reductora encargada de traspasar el accionar al último PIV que a su vez trasladará la relación mecánica a los ejes de los rodillos tensores correspondientes a las lonas cortadora, de recortes y separadora del sistema. 65

2- Identificación de las rutinas de mantenimiento del sistema

Como consecuencia de las entrevistas elaboradas al tutor y al personal encargado del mantenimiento del sistema (ver anexos C-6), se determino que el mantenimiento de correas, mecanismos y desechos de producción se efectuaban según los requerimientos de la maquina dada por el deterioro presentado, dicho procedimiento se elabora mediante el aire comprimido, suministrado por tuberías flexibles presentes en la sala de maquinas, durante una, dos o cada tres semanas en promedio. Esos procedimientos se muestran sucesivamente en la figura numero 24. Figura N0 24. Rutinas de mantenimiento del sistema.

Fuente: Autor

Sin embargo se debe tomar en cuenta el mantenimiento del motor, provisto por las siguientes rutinas:

Inspección visual. Medición de corriente y frecuencia eléctricas nominales. Prueba de potencial aplicado. Medición de la resistencia de aislamiento. Medición de la vibración. Medición de la resistencia ohmica de los devanados. 66

Anclaje del motor: debido al peso considerable del motor, este anclaje debe ser suministrados con pernos de nivelación para auxiliar su alineación vertical. Para el motor eléctrico se suministrarse con las reparaciones o sustitución de anclas de izaje de acuerdo al peso del motor, como se presenta a continuación en la figura N0 25. Figura N0 25. Anclaje de motor y Rutinas de mantenimiento del sistema.

Fuente: Autor

Lubricación y cojinetes o rodamientos: Se implementan cojinetes tipo rodamiento antifricción o de deslizamiento dentro de sus límites de aplicación.

Reparación o sustitución de correas: Debido al roce y a la fricción ejercida, se sufre un desgaste importante con el uso y pueden llegar a romperse. Por lo tanto se tiene que tensar correctamente, mediante un carril o un rodillo tensor, para evitar deslizamientos y variaciones de la relación de transmisión. Balanceo de rotores: Todos los rotores deben ser dinámicamente balanceados en dos o más planos. El balanceo final debe ser después de haber inspeccionado completamente el rotor. El rotor debe ser balanceado con media cuña, para llenar el espacio no usado. El balanceo puede realizarse por adición o remoción de material. Se agregan contrapesos para balancear, estos deben ser de material resistente a la corrosión; no se aceptan contrapesos soldados, o el uso de depósitos de soldadura.

(Es importante resaltar que dichos procesos, al efectuarse de forma: redundante, a pocas veces o una sola vez durante la vida útil del motor, los mismos presentan diversos costos, procedimientos y personal extra, para el funcionamiento del sistema). 67

4.1.4 Sistema y conexiones eléctricas

El sistema de control de esta banda transportadora consta de 2 subsistemas eléctricos. En primera instancia se presenta la estructura de un arrancador, que constituye el paso de corriente que activara al motor y luego se presenta la estructura del tablero donde se indican y controlan los niveles de voltaje para el encendido o apagado del sistema, previo arranque.

Motor Principal Entre los elementos del sistema eléctrico se encuentran, el motor T&T Vicars Engineers Earlestown England o motor principal ilustrado en la figura 26, que es accionado por su caja de arranque o arrancador Vicars y por la estructura de paneles eléctricos o tablero de conexiones Varidyne Engineered systems US Motors que integra brekera principal.

Figura N0 26. Motor Trifásico T&T VICARS.

Fuente: Autor

El presente motor T&T Vicars Engineers Earlestown England, comprende un funcionamiento trifásico, en un arreglo de estrella, presentando un rango continuo de funcionamiento con valores de voltajes que abarcan los 120 voltios, a 45 amperios y con una potencia correspondiente de 15 caballos de fuerza (Hp) a 950 revoluciones por minutos aproximadamente (RPM), como lo registra la tabla numero 2.

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Tabla N0 2. Recolección de los parámetros del motor.

MOTOR ELÉCTRICO

RPM =

T&T VICARS (ENGENIEERS) N0 9212843

950

BHP = 15

Volt = 190v

Fase = 3

Amp Megh = 45 A

Ciclo = 50 Fuente: Autor

Tablero de conexiones La totalidad de la configuración eléctrica se encuentra situada en el tablero, esta estructura compone dispositivos que permiten la visualización de valores de voltaje suministrados a los distintos tipos de sistemas que constituyen la sala de maquinas, en él están cableado todas las conexiones anteriores al arrancador (Interruptores, Fases y Alimentación), además presenta las regletas de entrada y salida para la línea Vicars y sus indicadores de encendido o apagado con respecto al sistema Como se evidencia en la figura N0 27 a continuación.

Figura No 27. Tablero de conexiones y panel de control.

Fuente: Autor

69

Arranque

El sistema de arranque se presenta a continuación como una caja arrancadora donde su estructura interna implica la conversión de una conexión que pasa de una configuración de dela a estrella, debido a que el motor principal presenta igualmente, una configuración trifásica en estrella. Como se muestra en la figura 28, este sistema se inicia al accionar la palanca ilustrada en la parte superior derecha de la figura, la cual tiene dos modalidades: al bajarla si inicia el ciclo de arranque luego de cargarse el paso de corriente durante algunos segundos, luego de volver a so posición inicial y para cortar el flujo de corriente se vuelve a pasar para desactivar el funcionamiento del motor.

Figura No 28. Dispositivo de arranque lento y caja de arranque.

Fuente: Autor

Conexiones y cableado

Entre las conexiones y cableado eléctrico se encuentran las conexiones presentes en el dispositivo de arranque, representado en la figura numero 29 por una estructura en estrella a una conexión en delta, debido al aumento de potencia y por ende corriente necesaria para el arranque del motor ya antes mencionado, a consecuencia del paso la corriente por menor cantidad de cargas distribuidas a lo largo de la estructura en delta. En la figura se evidencia las fases denotadas en color amarillo con su respectiva conexión ejemplificada en la parte derecha de la imagen.

70

Figura No 29. Conexiones para el dispositivo de arranque.

Fuente: Autor & Giancoli (Calculo de potencia).

La distribución del cableado eléctrico de dicho sistema, presente en la sala de maquinas, se reduce: a las conexiones para los sistemas de protección principales y secundarios, caja arranque del motor, tuberías metálicas para la canalización del cableado que se inician en la salida del tablero, luego hacia los dispositivos de protección ubicados en la fachada de la pared, fijadas con soportes y cajetines, tubería bajo piso para no dificultar el paso del personal ya que las mismas se dirigen al lado opuesto del sistema donde se encuentra situado el motor. Por lo cual en la figura numero 30 se pueden identificar en orden respectivo la distribución del cableado expuesto partiendo de la estructura del tablero en dirección al motor, debido a que es este el que comprende el único dispositivo eléctrico que requiere de un cableado para su funcionamiento.

Figura No 30. Conexiones y canalización de cableado.

Fuente: Autor

71

4.2 MEDICIONES MECÁNICAS Y DE POTENCIAS DEL SISTEMA

Una vez elaborado el reconocimiento de las partes y el funcionamiento del sistema, es necesario realizar una serie de medidas en aquellos mecanismos móviles, cuyos parámetros de funcionamiento se tomarán para la selección de motores reductores e igualmente para programar las relaciones de control. Estos parámetros corresponden a los metros sobre segundo (M/seg) a los que las lonas se desplazan, las revoluciones por minuto (RPM) a las que los diversos ejes tanto de lonas como rodillos rotan y la potencia requerida por cada sección, ya que dichos datos corresponderán a los valores de potencia (Hp) y rangos de operación (RPM) de los reductores que se necesitan implementar para la independencia de cada sección del sistema a ser automatizada.

4.2.1 Mediciones Mecánicas

Las mediciones mecánicas se clasificaron en mediciones de velocidad que corresponden a dos parámetros de medición: mediciones de metros sobre segundo, implementado únicamente en las lonas y las mediciones de RPM, efectuadas en la base del eje de cada uno de los rodillos y en el eje que logra la movilidad de la lona, ya que el acople posterior del reductor se efectuara en dicha zona

Mediciones de velocidad con (M/min)

El procedimiento efectuado para la medición de M/min se realizo mediante la implementación de un tacómetro, que faculto la medición del parámetro, mediante la disposición del mismo en modo de metros sobre segundo, calzándole una rueda a su eje interno que al posicionarlo sobre las lonas, rotará sobre dicho eje, a la velocidad que se presente en las lonas: calibradoras, rotativa, cortadora, de recortes y separadora obteniéndose su medición en la pantalla del dispositivo para su posterior registro. Como se muestra en la figura numero 31.

72

Figura No 31. Medición de M/min por lona con tacómetro.

Fuente: Autor

Mediciones de velocidad con (RPM)

De igual forma en la que se procedió la realización de las mediciones anteriores, se implementó el uso de un tacómetro digital para la recolección de las RPM en aquellos ejes correspondientes a los acoples donde se desea implementar los moto reductores de la automatización del sistema, lo que incluye la medición de las revoluciones por minutos en aquellos ejes de cada reductor o (PIV) responsables de la transmisión del eje de cada lona y en los ejes bases de cada rodillo mediante la configuración del tacómetro en la modalidad de RPM, acoplándole en su eje un cilindro conoidal especial mente diseñado para girar conforme a las revoluciones que el eje a medir conlleva. Como se observa en las figuras 32 y 33 a continuación.

Figura No 32. Ubicación para la medición de RPM.

Fuente: Autor

73

Figura No 33. Medición de RPM en PIV y acoples de rodillos.

Fuente: Autor

Registro de relaciones mecánicas por Procesos

Debido a que la producción de cada galleta se efectúa mediante mecanismos distintos, se decidió organizar los valores obtenidos según los tres procesos que se desarrollan en la producción de las mismas: Producción con cortadora, con rodillo rotativo y el proceso que implementa el rodillo cortador de alambre para el estampado de la galleta. Las siguientes tablas representan a los valores que permitieron calcular los rangos de RPM mínimos y máximos correspondientes a las velocidades de producción realizadas a 4 min y a 11min en el sistema, en cuyo primer renglón denominado descripción se muestran los mecanismos accionados durante el proceso correspondiente a cada cuadro, VL corresponde a la velocidad lineal de las lonas con respecto a los tiempos de producción.

Tabla N0 3. Proceso con Cortadora y/o Troqueladora. VL (m/min) Descripción Lona 1er Rodillo Calibrador 1er Rodillo Calibrador Lona 2do Rodillo Calibrador 2do Rodillo Calibrador Lona Rotativa Lona Cortadora Cortadora Lona Recorte Lona Separadora

W (Vlt/min)

Golpes/min Relación

Tmax Tmin Tmax Tmin Tmax Tmin 0,90

0,20 1,00 3,18 3,18 N/A

8,88 10,33

0,10

N/A

N/A

N/A

N/A

0,66

N/A

N/A N/A

N/A

1,22

N/A

3,23 3,75

N/A N/A

3,89

Relación Relación PIV - Lona Acpl -Rod (RPM) (M/Min)

(RPM)

25 / 0,27

N/A

0,13

N/A

6,3 / 1,6

N/A

25 / 1,35

N/A

N/A

0,13

N/A

16 / 4,2

N/A

N/A

N/A

108,6 / 4,1

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

10,70

N/A

8,75 8,75

(m)

7,35

N/A

6,00

Radio

(x : x )

165,18 60,03 74 / 3,92 N/A 1,02 N/A 1,18

RPM Max 83,33 28,92 111,11 40,76 231,77 173,17 165,18 165,50 189,38

Min 18,52 4,82 18,52 14,83 84,23 62,90 60,03 66,20 68,75

* Las casillas dispuestas con las siglas N/A, no aplican debido a que ese mecanismo no requiere de dicho valor para el proceso.

Fuente: Autor 74

En el renglón donde se ilustra una W (Vlt/min), representa las vueltas por minuto de cada rodillo y el de (G/L), a los golpes por minuto realizados por el troquel o cortadora con respecto a los mismos 4 u 11 minutos de producción en la que se ejecuta el proceso. Esto con el fin de calcular las relaciones (x : x), derivadas de la correlación de las velocidades de cada banda (según la masa o galletas que se desplazan hacia el final del sistema, la velocidad de las lonas aumenta y viceversa para entregar el producto a la siguiente. De esto se deriva una relación como se muestra en las tablas número 3, 4 y 5) Tabla N0 4 Proceso con Rodillo Rotativo. VL (m/min) Descripción Lona Rotativa Rodillo Rotativo Lona Cortadora Lona Separadora

W (Vlt/min)

Golpes/min Relación

Tmax Tmin Tmax Tmin Tmax Tmin 8,75

3,18

Radio

(x : x )

(m)

Relacion Relacion PIV - Lona Acpl -Rod (RPM) (M/Min)

(RPM)

N/A

108,6 : 4,1

N/A

N/A

0,13

N/A

22,5 / 5

N/A

N/A

N/A

N/A

1,18

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

10,87 3,95

N/A

8,88 3,23 10,33 3,75

N/A

N/A

N/A

N/A

RPM Max 231,77 48,92 173,17 189,38

Min 84,23 17,79 62,90 68,75

* Las casillas dispuestas con las siglas N/A, no aplican debido a que ese mecanismo no requiere de dicho valor para el proceso.

Fuente: Autor

Con respecto a los radios, cuyo valor esta denotado en metros (m) corresponde a los datos de cada rodillo, tomados para totalizar sus dimensiones (diámetro y perímetro) y así poder calcular la velocidad angular a la que giran cada uno de ellos. La relación entre PIV y lonas corresponde a la velocidad a la que la lona se desplaza con respecto a las RPM de su propio eje y por ende obtener el rango final de revoluciones deseadas con la cual operaran los reductores seleccionados para el control automático.

Tabla N0 5 Proceso con Rodillo Cortador de Alambre. VL (m/min) Descripción

W (Vlt/min)

Golpes/min Relación

Tmax Tmin Tmax Tmin Tmax Tmin

(x : x )

Radio (m)

Relación Relación PIV - Lona Acpl -Rod (RPM) (M/Min)

(RPM)

N/A N/A N/A Rodillo Cortador de Alambre 8,75 3,18 0,13 7 / 4,8 23 / 4,8 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A Brazo Cortador de Alambre N/A N/A N/A N/A N/A N/A Lona Cortadora 8,75 3,18 N/A N/A N/A N/A Cortadora 165,18 60,03 74 / 3,92 N/A N/A N/A N/A N/A Lona Recorte 8,88 3,23 1,02 108,6 : 4,1 N/A N/A N/A N/A N/A Lona Separadora 10,33 3,75 1,18 *Las casillas dispuestas con las siglas N/A, no aplican debido a que ese mecanismo no requiere de dicho valor

Fuente: Autor 75

RPM Max 12,76

Min 4,64

N/A

N/A

173,17 62,90 165,18 60,03 165,50 66,20 189,38 68,75 para el proceso.

4.2.2 Mediciones de Potencia A consecuencia de la eliminación del único motor responsable de la transmisión en el sistema por la sustitución de moto reductores de menor potencia y control individual en cada una de las secciones que comprende la línea, es necesario el conocimiento de la potencia requerida para la movilidad de cada una de las lonas, rodillos y demás mecanismos involucrados en la activación del proceso, por lo cual, se implementa el método de medición de potencia mediante el uso de amperímetro (en este caso se conto con la disposición de unas pinzas amperimetricas) que consiste en colocar tres resistencias de vatiaje conocido (bombillos domésticos de 100 w), en paralelo a la carga que se desea medir, y que para efectos de este trabajo de grado se requirió la medición de dichos valores de corriente con respecto al voltaje de la fuente (IT corriente total o corriente del motor con bombillo), en las resistencias (IR corriente producida en los bombillos) y la corriente de salida (IL corriente del motor sin bombillos) por cada fase presente como se muestra en la figura 34.

Figura No 34. Conexión de cargas en sistema trifásico para mediciones de potencia.

Fuente: Autor

Debido a que se necesita obtener la potencia requerida por cada sección la medición se efectúa por cada fase, con la totalidad de los mecanismos en funcionamiento y desacoplando sistema por sistema (correa o piñón de cada lona, rodillo o banda) para restarla a la potencia total obtenida y así conseguir el valor de potencia deseado por cada etapa para la posterior selección del moto reductor que opere a dicho valor.

76

Figura No 35. Ubicación en tablero de las conexiones para la medición.

Fuente: Autor

Este procedimiento tiene lugar en el tablero de conexiones, debido a que en el mismo se sitúan las fases correspondientes a la alimentación del motor, la disposición de los bombillos, y las salidas de las mismas al motor. En la figura 35 se evidencia la disposición del tablero previo a las conexiones de cada bombillo. En la figura numero 36 se muestra la ubicación de las fases donde se desea efectuar la medición, claramente se identifica la salida del arranque lento como la corriente total del motor, en la regleta de conexiones los cables de los bombillos en paralelo con la carga y la salida en dirección al el motor por las tuberías metálicas ya mencionadas.

Figura No 36. Ubicación para la medición de potencia y conexión de cargas (bombillos).

Fuente: Autor Una vez seleccionada la ubicación de la medición se procede a conectar en paralelo los bombillos con respecto a la carga para posteriormente con la pinza a perimétrica medir la corriente de cada fase y registrarla para el cálculo requerido para el conocimiento de la potencia requerida de cada sección.

77

Como se ilustra en la figura 37 la medición de corriente se realiza mediante la pinza amperimétrica, la cual se posiciona en la modalidad de amperaje (A) para medir la corriente deseada, a continuación se sitúa el cable o la fase dentro del área de la pinza lo que provoca un campo proporcional al valor de la corriente que se produce en el conductor. El mismo procedimiento se efectúa en cada una de las fases que corresponden a la corriente total del motor, corriente en cada bombillo y la corriente a la salida de la regleta del tablero ilustrada en la siguiente figura.

Figura No 37. Medición de Corriente de fase.

Fuente: Autor

Registro de corrientes para el cálculo de potencias

Como se menciono con anterioridad, por cada medición, se elaboró un registro de la corriente de fase por cada medida en paralelo a la carga, tanto de entrada, como de salida y en la resistencia implementada, tomando en cuenta dichos valores, por los mecanismos que durante ese momento fueron habilitados representados por el primer renglón del cuadro. Luego la corriente de cada fase es sumada para dar el total de la corriente de fases, luego la potencia total del mecanismo habilitado con su correspondiente valor determinado por la potencia total del sistema o de otros mecanismos o secciones a las que se encuentre integrado por la remoción de acoples y así poder obtener la potencia real que dichos segmentos del sistema, requieren para su funcionamiento.

78

Tabla No 6. Medición de Corriente para el cálculo de Potencias.

Mecanismos habilitados

Motor (Sin Croche Principal)

Todos los Croches

Sin Lona del 1er Rodillo Calbr.

Sin 1er Rodillo Calbr.

Sin Lona del 2do Rodillo Calbr.

Sin 2do Rodillo Calbr.

Sin Lona del Rodillo Rotiv.

Sin Rodillo Rotiv.

Sin Rodillo Cort. De Almbr.

Sin Brazo Cort. De Almbr.

Sin Cortadora / Troq.

Sin Lona Cortadora

Sin Lona de Recortes

Sin Lona Separadora

Fase 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Mediciones de Corriente (Amp) IT (A) IR (A) IL (A) (Corr. del motor con Bombillo) (Corr. del Bombillo) (Corr. del motor sin Bombillo) 16,2 0,7 15,7 17,1 0,6 17,1 17,5 0,6 16,1 18,4 0,7 17,8 19,2 0,6 18,8 21,1 0,6 19,4 18,1 0,6 17,5 19,6 0,5 19,7 20 0,5 19,3 18,2 0,6 17,7 20 0,6 19,6 20,5 0,6 19,2 18,7 0,6 17,6 20,2 0,6 19,6 19,8 0,6 19 18,4 0,6 17,7 18,9 0,6 19,4 19,5 0,6 18,3 18,1 0,6 18,4 19,9 0,6 20 20,5 0,6 19 18,3 0,6 17,8 19,6 0,6 19,7 19,9 0,6 19,1 18,6 0,6 18,1 20,1 0,5 19,5 19,9 0,5 18,7

Potencia Potencia Potencia Pot. Real de fase total de fases total del Mecanismo P(f) P(Tf) ' P(Tm) P(R) 1103 w P (Motor) 1103 w P(m) 3309 w 3309 w 1103 w 1520 w P(t) 1520 w P(t) 4560 w 4560 w 1520 w 1494 w P(L1) ' 1494 w P(L1) = P(t) - P(L1) ' 78 w 4482 w 1494 w 1248 w P(R1)' 1248 w P(R1) = P(t) - (P(L1) + P(L2)' + P(R1)) 616 w 3742 w 1248 w 1453 w P(L2)' 1453 w P(L2) = P(t) - (P(L1) + P(L2)') 123 w 4359 w 1453 w 1243 w P(R2)' 1243 w P(R2) = P(t) - (P(L1) + P(L2) + P(R1) + P(R2)') 620 w 3739 w 1243 w 1489 w P(L3)' 1489 w P(L3) = P(t) - P(L3)' 93 w 4467 w 1489 w 1255 w P(R3)' 1255 w P(R3) = P(t) - P(R3)' 795 w 3765 w 1255 w 1276 w P(R4)' 1276 w P(R4) = P(t) - P(R4)' 732 w 3828 w 1276 w

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

18,1 19,9 19,8 18,9 20 20,5 18,5 19,3 20,1 17,9 19,2 19,9

0,6 0,6 0,5 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,5 0,6 0,5 0,6

19,9 19,2 18,9 18,8 20,2 19,4 18,6 19,9 18,7 19 21 18,5

1243 w 1243 w 1243 w 154 w 154 w 154 w 143 w 143 w 143 w 136 w 136 w 136 w

P(C1)' 3729 w

N/A

N/A*

P(C1) = P(t) - P(C1)'

831 w

P(L4) = P(t) - P(L4)

120 w

P(L5) = P(t) - P(L5)'

95 w

P(L6) = P(t) - P(L6)'

107 w

P(L4)' 489 w P(L5)' 4530 w P(L6)' 4746 w

* En este mecanismo no aplica un registro de datos, debido a que el mismo fue deshabilitado para la producción.

Fuente: Autor

79

4.2.3 Cálculos para la selección de dispositivos Una vez recolectados los datos resultantes de las mediciones mecánicas y de potencia, se procede a calcular los valores de potencia reales para la selección de los motores reductores. Estos cálculos corresponden en primera instancia al método de medición de corrientes del sistema Stivenson (Giancoli D.) ilustrado en la imagen 38.

Figura No 38. Calculo para Fp.

Fuente: Sistemas de potencia de Stevenson, W (Giancoli D.)

Con las corrientes obtenidas por cada fase se procedió a estructurar un diagrama correspondiente a un sistema de potencias ilustrado en la figura 38 y 39, donde las corrientes IR (corriente del bombillo), se disponen en el diagrama con respecto al eje de las abscisas para la elaboración de una circunferencia. Posteriormente se interceptará otra circunferencia, producto de la disposición de la corriente del motor sin bombillo IL en el eje de las coordenadas con respecto al valor de corriente del motor sin bombillo IT (segunda circunferencia) y se procede a desplazar una línea perpendicular en este punto de intersección con respecto al eje x, como se ilustra en la figura numero 35. El valor producto de la distancia obtenida desde la circunferencia de la corriente de bombillo IR al extremo de la circunferencia obtenida por la corriente IL, es el valor de corriente de fase resultante. El mismo procedimiento se implementara por cada fase medida, según el mecanismo accionado, para luego sumar las tres fases por mecanismo y obtener la potencia necesaria para su funcionamiento.

80

Figura No 39. Cálculo de vector corriente con intersección de circunferencia.

Fuente: Plataforma Auto CAD

Cálculos de Potencia Para el cálculo de potencias de cada fase

, ilustradas en la formula B, se toma

la corriente de fase obtenida por el sistema de potencia anterior, denominada corriente se multiplica por el voltaje de fase

, esta

, correspondiente a 120 voltios, obteniendo

el valor de la potencia de esa fase en particular. Como se desea conocer la potencia total que necesita ese mecanismo en específico para su funcionamiento es necesario sumar las potencias de las fases 1,2 y 3 para conseguir el valor

o la potencia total de

fases. Al conocer la potencia total de las fases medidas se obtiene la potencia total del mecanismo en funcionamiento

.

Formula B. Cálculo de vector corriente con intersección de circunferencia.

Fuente: Plataforma Auto CAD

81

Pese a que se conoce la potencia total del mecanismo se deben restar con la potencia total del sistema para obtener la potencia que realmente se consume en esa sección de la maquina, a demás en algunos casos el desacople de algunos mecanismo resulta en la desactivación de dos o más secciones del sistema, lo que resulta una medición de corriente mayor a la real. Por lo cual se elaboraron formulas para el cálculo real de potencia para el funcionamiento de cada mecanismo, ilustradas en la formula C.

Formula C. Formulas para el cálculo de potencia real de cada mecanismo habilitado.

Fuente: Plataforma Auto CAD El cálculo para las corrientes y potencias se efectúan mecanismo por mecanismo y fase por fase según las directrices del procedimiento de medición. Por lo cual cada formula corresponde a la potencia real del mecanismo, referentes a la figura anterior. corresponde a la potencia real del 1er rodillo calibrador, potencia total del sistema con todos los mecanismos activados, potencia real de la lona del 1er rodillo calibrador, la lona del 2do rodillo calibrador,

corresponde a la representa la

corresponde a la potencia real de

representa a la potencia total del mecanismo

obtenida anteriormente con la suma de las potencias de sus fases (ver tabla N0 6). es la potencia real del 2do rodillo calibrador, real del rodillo rotativo,

corresponde a la potencia

representa a la potencia real de la lona del rodillo rotativo,

corresponde a la potencia real del rodillo cortador de alambre, la potencia real del troquel o cortadora, cortadora,

representa a

corresponde a la potencia real de la lona

a la potencia real de la lona de recortes y

potencia real de la lona de separadora.

82

representa la

Figura No 40. Cálculos efectuados en cuaderno de notas para cada mecanismo.

Fuente: Autor

4.2.4 Características para selección de dispositivos Una vez realizadas las mediciones previas se obtiene como resultado de las mismas, los parámetros de funcionamiento del sistema y de cada una de sus secciones, por lo cual se elabora un cuadro, donde dichas características reflejan los rangos de operación deseados para la selección de los motores y reductores de velocidad (Potencia y RPM) requeridos para la automatización del proceso y con la cual se elaborara por parte del proveedor la cotización para la posterior adquisición de los dispositivos.

Tabla No 7. Rango de RPM y Potencias para la selección.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Descripción 1er Rodillo Calibrador Lona 1er Rodillo Calibrador 2do Rodillo Calibrador Lona 2do Rodillo Calibrador Lona Rotativa Rodillo Rotativo Lona Cortadora Rodillo Cortador de Alambre Brazo Cortador de Alambre Cortadora Lona Recorte Lona Separadora

RPM 30 - 4 85 - 18 45 - 14 120 - 18 240 - 84 50 - 17 120 - 55 15 - 4 87 - 39 170 - 55 54 - 23 48 - 25

Caja Red. 93,3 : 1 33,4 : 1 64,3 : 1 20,6 : 1 10,1 : 1 51,1 : 1 48,8 : 1 70,4 : 1 56, 4 : 1 15,8 : 1 39,7 : 1 74,4 : 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Fuente: Autor

83

Descripción 1er Rodillo Calibrador Lona 1er Rodillo Calibrador 2do Rodillo Calibrador Lona 2do Rodillo Calibrador Lona Rotativa Rodillo Rotativo Lona Cortadora Rodillo Cortador de Alambre Brazo Cortador de Alambre Cortadora Lona Recorte Lona Separadora

Potencia 616 watts 78 watts 620 watts 123 watts 93 watts 795 watts xx,x 732 watts xx,x 832 watts xx,x xx,x

Motor 1 HP 1/4 HP 1 HP 1/4 HP 1/4 HP 1 1/2 HP 1 1/2 HP 1 1/2 HP

4.3 SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS A IMPLEMENTAR

Entre los requisitos de la automatización se encuentra la implementación de motores reductores, piezas mecánicas y dispositivos de control, que por medio de la identificación de procesos, el reconocimiento de los problemas producto de la ineficiencia del sistema y de los parámetros de funcionamiento obtenidos por las mediciones efectuadas, se logra determinar una lista de estos instrumentos, en base a las características recopiladas en el estudio de los mecanismos presentes en la línea de producción, la cual es entregada a las empresas proveedoras. Entre estas empresas se encuentran: MAICA soluciones técnicas, proveedora tanto de los dispositivos para la reducción de velocidad como de piezas mecánicas y el proveedor de dispositivos de control SIEMENS, Instalación y repuestos SALAME C.A. 4.3.1 Selección de Motores y reductores de Velocidad

Reductores coaxiales

Se seleccionan 4 reductores coaxiales debido a que son de carácter modular, compactos y de gran versatilidad, comprenden 3 formas constructivas (caja con patas, caja con brida y caja universal), robustez, por la posibilidad de combinar con otros reductores para elevadas relaciones de reducción, bajo nivel de consumo, fácil instalación y mínimo mantenimiento. La selección técnica se debe al alto rendimiento de 0,95 a 0,97 según datos aportados por el catalogo Bonfiglioli reduttor por (industry process and automation solution) por el acoplamiento para un gran número de motores y/o eje de entrada libre, por su rango de potencias entre 0,15 y 200 kW y su rango de relaciones de reducción que corresponde de entre 2,6 a 1481. Sin embargo a consecuencia de los rangos de operación y relaciones altas obtenidas por las mediciones, el proveedor (MAICA soluciones técnicas) cuenta solo con un motores de 1Hp mas cajas reductoras C413 de relación 3/1 para un rango de RPM de 30 a 10 y motores de ¼ Hp mas reductor C112 de relación 3/1, 4/1 y 6/1 y un rango de RPM correspondiente a 85 a 28, 120 a 40 y de 240 a 84 por lo cual se seleccionaron los siguientes 4 motores reductores coaxiales presentes en la figura 41. Motores reductor (1 HP / 30 – 10 RPM)

Motores reductor (1/4 HP / 120 – 40RPM)

Motores reductor (1/4 HP / 85 – 28 RPM)

Motores reductor (1/4 HP / 240– 84 RPM) 84

Figura No 41. Motor y caja reductora coaxial de engranajes helicoidales.

Fuente: Autor Reductores ortogonales de corona sin fin

Se seleccionan 4 reductores ortogonales de corona sin fin debido a que mas allá de ser modulares sus ejes están en disposición ortogonal (90 grados con respecto al acople) lo cual reduce el área de instalación y fácil distribución en la inserción del sistema. Igualmente son compactos, versátiles con patas para base con posibilidad de combinar dos reductores para elevadas relaciones de reducción, montaje universal, hermético, Tapa lateral con tapón respiradero integrado. Con respecto a las características técnicas suministradas por el catalogo Bonfiglioli reduttor por (industry process and automation solution) se selecciona por su rango de potencias entre 0,04 a 70 kW, reducción 7 a 100 mas caja C613 seleccionando los siguientes 4 reductores mostrados en la figura 42. Lista de los dispositivos que operan dentro de los rangos de operación requeridos que el proveedor posee: Motores reductor (1 HP / 45 – 14 RPM)

Motores reductor (1,5 HP / 15 – 4 RPM)

Motores reductor (1,5 HP / 50 – 17 RPM)

Motores reductor (1,5 HP / 170 – 55 RPM)

Figura No 42. Motor y caja de corona sin fin de 90 grados.

Fuente: Autor 85

Cotización Empresas MAICA Una vez obtenido los parámetros de operación registrados en la tabla de RPM, relaciones y potencias requeridas por cada descripción de mecanismos, esta tabla, se le hace entrega al proveedor de los dispositivos de reducción (MAICA) para la elaboración de un presupuesto dispuesto en el anexo F-2, que contiene los dispositivos que corresponden con los parámetros requeridos (RPM, potencia, relación y velocidad), sus características, código de modelos, tiempo de envió y precio unitario, por cantidad y total. Figura No 43. Logo empresa proveedora de dispositivos reductores y mecánicos.

Fuente: MAICA Validación de Presupuesto para Adquisición de Moto reductores por Empresas Puig

Una vez obtenido la cotización de los dispositivos reductores de velocidad requeridos (motores mas cajas reductoras) por la empresa proveedora, la misma, se le hace entrega al departamento de administración y compras de las empresas sucesoras de José Puig e hijos C.A. para la elaboración de un informe con respecto al presupuesto dispuesto, y la aceptación o no de los recaudos para la adquisición y compra de los dispositivos, tal y como se muestran en el anexo numero F-5 del presente trabajo de grado. Figura No 44. Logo empresa sucesora de José Puig C.A.

Fuente: portal web Galletas Puig

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4.3.2 Selección de Dispositivos de control

La selección de dispositivos de control abarca el conjunto de controladores lógicos programables, los instrumentos de conexión y periféricos requeridos para el proceso de implementación deseado, los cuales serán dispuestos a continuación con sus respectivos criterios de selección.

Controlador Lógico Programable (PLC)

CPU 315-2DP (SIMATIC S7-300): Como elemento principal para la implementación de la automatización, se decide seleccionar la serie simatic S7-300 en primera instancia, a consecuencia de la presencia de puertos para protocolo de comunicación PROFIBUS y MPI, ya integrados en la CPU (que disminuyen el cableado punto a punto), por su estructura modular, para la viabilidad de inserción de módulos digitales, tiempos de ejecución más cortos, capacidad de memoria externa y alta eficiencia, en comparación a las series anteriores para la adaptación de variadores de velocidad. Ver figura N0 45. Figura No 45. CPU 315-2DP, alimentación y módulos digitales (SIMATIC S7-300).

Fuente: SIEMENS Modulo de alimentación 24V: Parte de la estructura del controlador comprende una fase de alimentación que convierta un voltaje de entrada a uno de 24 Vdc de, para el funcionamiento de CPU y módulos digitales, incluyendo 3 salidas del mismo si necesidad de puentear en borneras dicho valor, razón por la cual fue seleccionado. Ver figura 39. Módulos Digitales SM 321 y SM322: El criterio de selección del módulo de entradas digitales de 16 canales, SM321-7TH00, se debe a que dispone de las funciones de control de procesos: supervisión de fluctuaciones y alargamiento de pulso, ya que se puede utilizar con todos los equipos de campo digitales comunes. Por otra parte el módulo de salidas digitales de 16 canales, SM322, es el primer módulo en su tipo con alarma de diagnóstico. 87

Cable para estándar PROFIBUS y terminal Simatic Dp: Debido a que se plantea una comunicación maestro esclavo entre PLC y variadores, es necesario implementar un canal para efectuar la transmisión de los datos. Para la realización de este proceso se aplica el estándar profibus, debido a que dicha comunicación mediante PROFIBUS DP, PROFIBUS PA) sirve para conectar actuadores/sensores a sistemas de automatización, sistemas de instrumentación y control. En sistemas de automatización, a menudo es más efectivo conectar varias líneas PROFIBUS DP a un sistema de automatización, no sólo para incrementar el número de unidades periféricas (estaciones remotas) conectables, sino también para manejar con mayor facilidad las diferentes áreas de la producción (segmentación). PROFIBUS, normalizado en la IEC 61158/EN 50 170, es un sistema de bus de campo potente, abierto y robusto que ofrece breves tiempos de reacción y los protocolos DP Y PA ya mencionados. (Ver anexo E-4).

La red eléctrica utiliza un cable bifilar trenzado y apantallado. El interface RS 485 funciona con diferencias de tensión. Por este motivo, es menos sensible a las interferencias que un interface de tensión o de corriente. Con PROFIBUS se conectan al bus las estaciones mediante un terminal de bus o un conector de bus (máx. 32 estaciones por segmento) como se ilustra en la figura numero 45.

Micro Memory Nflash: Como forma de registrar los datos y rutinas programadas para los controladores, es necesario la implementación de memorias, en este caso se selecciono una MMC (Micro Memory Card), ya que una MMC es obligatoria para poder hacer funcionar todas las CPUs del S7-300 actuales. Según el cuadro de especificaciones que indica los modelos de memorias aplicables para los CPU 315-2DP. Conexión frontal para módulos de señal – 20 polos: Se selecciono una conexión frontal de 20 polos con bornes de tornillo para ambos módulos digitales Simatic S7-300 siguiendo los parámetros de selección para conexión frontal ilustrados en el.

Perfil de Soporte: Para distribuir tanto el controlador como su alimentación y módulos en el tablero, se selecciono el soporte metálico KXW6 debido a que contiene las dimensiones (530mm), aplicadas para esta serie que permite el ajuste de los componentes al mismo ilustrado en la figura 46. 88

Figura No 46. Cable Profibus y MPI, Memoria extraíble, Terminal DP, Modulo y soporte.

Fuente: SIEMENS

Panel Táctil SIMATIC TP177B: Fue seleccionado debido a la conexión por el puerto MPI, Ethernet, y por USB, además de contener una interfaz gráfica a color, una biblioteca de imágenes especializada en procesos industriales y su gran disponibilidad en el mercado. Ver figura 47. Cable MPI: fue seleccionado debido a que es el adaptador con aislador opto electrónicos para el diseño industrial. No es anti-creciente y de protección contra rayos del circuito de oposición contra la interfaz USB y RS485. Además soporta conexión en caliente, es conveniente para la comunicación entre Siemens S7-300 PLC de la serie o de otros equipos con interfaz MPI. En particular, ya que se aplica a los procesos industriales evitando interferencias y la salvaguardia en el circuito garantiza la seguridad de funcionamiento del sistema. Figura No 47. Pantalla táctil TP177B (SIMATIC S7-300).

Fuente: SIEMENS

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Dispositivos de Protección

Guarda motor o contactor: Para la protección de los variadores de velocidad y los motores a implementar, se seleccionan guardamotores de entre 2.5 a 4 amperios de compensación a protección de fallo de fase y debido a que son los valores de consumo para moto reductores de entre ½ Hp y 3 Hp, además del montaje en carril de soporte de 530mm.

Interruptores magnéticos: Para la protección de los componentes del controlador lógico programable PLC (Modulo de alimentación, CPU y módulos digitales in/out), se seleccionan interruptores magnéticos de entre 2 amperios de compensación a protección e fallo de la fase dirigida al modulo de alimentación y debido a que son los valores de consumo para los otros bloques que integran al controlador, además del montaje en carril de soporte de 530mm.

Relés de protección y bases para tablero: El relé de potencia en estado sólido se selecciona para la aplicación con respecto: a los anunciadores, luces y sirenas (salidas digitales) como sistemas eléctricos y así intercambiar los circuitos alimentados inicialmente a 24v DC y llevarlos a un voltaje de alimentación correspondiente a 110v AC sin poner en peligro los módulos digitales y lograr el encendido de dichas salidas con una mayor tensión. Ilustrados en la figura numero 48. Figura No 48. Dispositivos de Protección.

Fuente: SIEMENS

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Variadores de Velocidad con modulo Profibus- Drivers

Variador de velocidad MM420 ½ Hp: Debido a la selección previa de 3 motores de 1/4 Hp igualmente se seleccionan 3 variadores (Micromaster 420 de 0.5 Hp) ya que el ajuste para su funcionamiento carece de parametrizaciones adicionales, a este rango de potencia. Los parámetros se han ajustado para un motor trifásico ya preestablecido con tres polos, con borneras de tornillos, se encuentra pre ajustados para motores con una frecuencia nominal adaptable a motores dimensionados con una frecuencia nominal de 60 Hz con un interruptor DIP ilustrado en el anexo G. A demás la comunicación entre el maestro y el Micromaster 420 no requiere de convertidores ya que integra entradas para estándar profibus de cuya comunicación derivara la variación de velocidad en los motores.

Variador de velocidad MM420 1 Hp: Debido a la selección previa de 2 motores de 1 Hp igualmente se seleccionan 3 variadores (Micromaster 420 de 1 Hp) ya que el ajuste para su funcionamiento carece de parametrizaciones adicionales, a este rango de potencia. Los parámetros se han ajustado para un motor trifásico ya preestablecido con tres polos, con borneras de tornillos, se encuentra pre ajustados para motores con una frecuencia nominal adaptable a motores dimensionados con una frecuencia nominal de 60 Hz con un interruptor DIP ilustrado en el anexo G. A demás la comunicación entre el maestro y el Micromaster 420 no requiere de convertidores ya que integra entradas para estándar profibus de cuya comunicación derivara la variación de velocidad en los motores.

Variador de velocidad MM420 3 Hp: Debido a la selección previa de 3 motores de 1.4 Hp igualmente se seleccionan 3 variadores (Micromaster 420 de 3 Hp) ya que el ajuste para su funcionamiento carece de parametrizaciones adicionales, a este rango de potencia. Los parámetros se han ajustado para un motor trifásico ya preestablecido con tres polos, con borneras de tornillos, se encuentra pre ajustados para motores con una frecuencia nominal adaptable a motores dimensionados con una frecuencia nominal de 60 Hz con un interruptor DIP ilustrado en el anexo G. A demás la comunicación entre el maestro y el Micromaster 420 no requiere de convertidores ya que integra entradas para estándar profibus de cuya comunicación derivara la variación de velocidad en los motores. Ilustrados en la figura numero 49. 91

Figura No 49. Variadores de velocidad de medio, 1, 2 y 3 Hp.

Fuente: SIEMENS Cotización Instalación y Repuestos SALEME C.A. & SIEMENS Una vez seleccionados los dispositivos de control requeridos, se elaborara una lista, misma, que se le hace entrega al proveedor de los instrumentos y herramientas lógicas SIEMENS, (Instalación y repuestos SALAME C.A.) para la elaboración de un presupuesto dispuesto en el Anexo F-4, que contiene los dispositivos que corresponden con los parámetros requeridos (RPM, potencia, tensión, corriente, relación y velocidad), sus características, código de modelos, tiempo de envió y precio unitario, por cantidad y total, como se ilustra en la figura numero 50. Figura No 50. Variadores de velocidad de medio, 1 y 2 Hp.

Fuente: Autor Validación de Presupuesto para Adquisición de Disp. Control por Empresas Puig

Una vez obtenido la cotización de los dispositivos de control, variación de velocidad, de conexión y cableado requeridos, por la empresa proveedora, la misma, se le hace entrega al departamento de administración y compras de las empresas sucesoras de José Puig e hijos C.A. para la elaboración de un informe con respecto al presupuesto dispuesto, y la aceptación o no de los recaudos para la adquisición y compra de los dispositivos, tal y como se muestran en el anexo F-3 del presente trabajo de grado.

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4.3.3 Selección de Dispositivos Mecánicos para Acople Ya que se plantea la incorporación de varios motores con sus respectivas cajas reductoras al sistema, es necesario seleccionar aquellos mecanismos de transmisión que permitan la transferencia de movimiento provista por el moto reductor, al acoplarse a los ejes correspondientes donde se desea ejercer el desplazamiento de las lonas o de los rodillos, con la ayuda de las herramientas e instrumentos con las cuales se puedan llevar a cabo los procedimientos de acople y unión. Ver figura numero 51.

Figura No 51. Piñones, poleas y acoples para transmisión.

Fuente: Autor Juego de Piñones y poleas de garganta: Para

la

transmisión

mecánica otorgada por el eje del moto reductor, se seleccionan

de

potencia

piñones para el

funcionamiento de los rodillos y poleas de garganta para los rodillos tensores de cada lona, debido a que son conformes a los estándares ISO 4183 y DIN 2211, diseñadas para acoplarse con las correas clásicas y angostas. Estos mecanismos se diseñan para que las velocidades de giro y los momentos de torsión implicados sean los deseados, de acuerdo con una relación de transmisión determinada y menor torque.

Acoplamiento flexible de árbol (mordaza): Se seleccionan estos acoplamientos de mordaza ya que sólo contienen 3 componentes, 2 mordazas y una inserción “Spider” ilustrada en la figura 50. La potencia se transmite entre las partes mordaza por la inserción, el cual viene en una serie de 4 materiales para adecuarse a todos los requerimientos de potencia y características de la aplicación

(Luego de la selección de los dispositivos mecánicos no se elaboraron listas para cotizaciones a proveedores, ya que se proveían en el taller mecánico de la instalación, como se ilustra en el anexo F-1). 93

4.4 DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL EN CASCADA Conforme a la adquisición de los dispositivos seleccionados se procede a esquematizar el proceso de automatización deseado, en cuyo caso comprende la estructura planteada para el nuevo sistema maestro esclavo (PLC - Variador), configuración del bus de campo responsable de la transmisión, el planteamiento de las entradas y salidas lógicas que se desea en el proceso en conjunto con la constitución de los bloques de operaciones que integran la programación del controlador.

4.4.1 Diagrama en bloque del funcionamiento general del sistema implementado

Como se desea automatizar el sistema regido por un solo motor trifásico, el mismo es sustituido por una serie de moto-reductores cuya velocidad es modificada por variadores de velocidad mediante el envío de consignas que alteren los parámetros de funcionamiento, enviadas por un controlador lógico programable (PLC), permitiendo así la sectorización del sistema y mejorando la interfaz hombre maquina del sistema. Ver figura numero 52.

Figura No 52. Diagrama en bloque del funcionamiento de las bandas transportadoras con motores individuales y sistema de control Automatizado.

Fuente: Autor 94

PLC: el controlador lógico programable implementado comprende el sistema de control y automatización del sistema, a consecuencia, permite el accionamiento de los motores reductores para que el funcionamiento de las bandas y rodillos de comienzo.

Motores Reductores: los motores con cajas reductoras se encargan del movimiento de las bandas y rodillos cuyo control estaría dado por

dispositivos de control lógico

programable en sustitución del motor principal. Es relevante recordar que las demás fases, inicios de masa o salidas al horno quedaran invariables ya que pertenecen a la configuración física planteada por la empresa para la producción deseada. (Solo se obtendrán variantes o modificaciones en los mecanismos internos y de control presentes en la misma ya antes mencionados).

4.4.2 Diagrama en Cascada del Sistema Implementado

Es posible manejar automáticamente varios convertidores de frecuencia funcionado en cascada en donde la velocidad de unos dependerá de la indicación de otro llamado maestro. El variador que modifique la velocidad de la sección de mayor demanda entre los variadores puede cambiar el maestro. Si se mueve la velocidad de un tramo de banda transportadora, automáticamente variará la velocidad de otros tramos de banda interconectados en el mismo o diferente proceso que tengan motor eductores diferentes, como se muestra en la figura numero 53.

Figura No 53. Configuración en cascada del sistema automatizado.

Fuente: Autor 95

Este sistema comprende una configuración en cascada, la cual establecerá el flujo de potencia y por ende la transmisión requerida para todo el funcionamiento del sistema por medio del control programático del controlador lógico. Ya que se encuentra en una estructura en castada las potencias se reducirán a medida que el diagrama finalice creándose una relación entre los conjuntos, es decir, el motor diez una vez reducida su potencia a la requerida, es el responsable de dar movilidad a la lona cortadora, como consecuencia, este eje central repartirá la transmisión de potencia a las fases y subsecciones próximas del sistema, (Ver anexo B-6). Disminuyendo consecutivamente la velocidad de las zonas subyacentes al mismo, conforme continua la cascada.

4.4.3 Sistema de comunicación implementado

Para la comunicación del sistema automatizado, se implementa un bus de campo cuya transmisión de información (datos) simplifica enormemente la instalación y operación de máquinas y equipamientos industriales utilizados en procesos de producción, tiene como objetivo sustituir las conexiones punto a punto entre los motores: mediante redes digitales, bidireccionales, multipunto, colocadas sobre un bus serie, que conectan dispositivos de campo como PLCs, transductores, actuadores y sensores. Donde cada dispositivo dispuesto incorpora cierta capacidad de proceso, que lo convierte en un dispositivo inteligente. Integrando una interfaz hombre maquina dirigida a través de una pantalla táctil cableada mediante cable MPI. Cada uno de estos elementos será capaz de ejecutar funciones simples de diagnóstico, control o mantenimiento, así como de comunicarse bidireccionalmente a través del bus. Entre las diferentes capas físicas, se implementa PROFIBUS DP, que está basado en la ElA RS-485 estándar de comunicaciones del modelo OSI y que plantea un sistema en bus de transmisión multipunto diferencial, para transmitir a altas velocidades (35 Mpbs hasta 10 metros) y a través de canales ruidosos, ya que reduce los picos de tensión, un medio físico de transmisión por un par trenzado que admite hasta 32 estaciones en 1 solo hilo conductor, soporta 32 transmisiones y 32 receptores. La transmisión diferencial permite múltiples drivers, dando la posibilidad de una configuración multipunto y ya que al tratarse de un estándar bastante abierto que permite diferentes configuraciones, como se muestra en la figura numero 54. 96

Figura No 54. Trasmisión de información mediante estándar Profibus y cable MPI.

Fuente: Autor PLC: Este bloque presenta la implementación de un controlador lógico programable encargado del control de los 2 paneles y del funcionamiento de los 11 motores del sistema automatizado. Tablero: El tablero comprende aquellas entradas y salidas del PLC donde se conectan a interruptores e indicadores mediante cables. Pantallas: Este grupo de interfaces gráficas comprende un grupo de pantallas LCD responsables de la operación y funcionalidad del sistema por medio de indicadores presentes en estos paneles. Control Fases 1 y 2: Constituye al sistema integrado por un motor en acople a un reductor de potencia o moto reductor, este sistema está encargado del funcionamiento individual de cada fase de la banda, particularmente esta caja reductora es la responsable de la movilidad del eje correspondiente a la lona calibradora y de la transmisión del primer rodillo calibrador. Control Fase 3: Corresponde al acople de dos motores y dos reductores para el funcionamiento de la segunda fase del sistema: segunda lona de calibración y segundo cilindro de calibración respectivamente.

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Control Fases 4: Corresponde al acople de dos motores y dos reductores para el funcionamiento de la tercera fase del sistema: lona rotativa y rodillo rotativo respectivamente. Control Fases 5: Corresponde al acople de dos motores y dos reductores para el funcionamiento de la cuarta fase del sistema: lona de cortadora o brazo cortador y rodillo cortador respectivamente. M5: Corresponde al acople de tres motores y tres reductores para el funcionamiento de la quinta fase del sistema: lona cortadora, lona separadora y lona de recortes respectivamente. Comunicaciones y normativa Desde el punto de vista del control de las comunicaciones, el protocolo Profibus implementado, corresponde al de un maestro esclavo, permitiendo aplicaciones mono maestro que corresponde a un sólo maestro activo dentro del bus, para este caso un PLC siendo los demás dispositivos esclavos. Este esquema es el que permite los ciclos de lectura más cortos. Se aplica DPM1 (maestro clase 1) que comprende un controlador central que intercambia información con sus esclavos en forma cíclica. Un PLC en un ambiente multimestro (Variadores). Junto con las especificaciones de otros buses de campo se recoge en las normas internacionales IEC61158 e IEC61784. Terminales de bus La instalación de un cableado para una red Profibus DP, requiere de un terminal en cada extremo del bus. Según la norma IEC 61158/EN 50170, este terminador debe ser activo para la comunicación, no basta una resistencia terminal, sino que se trata de un arreglo de resistencias que están energizadas. El objetivo de estos terminadores es garantizar un voltaje de referencia en estado inactivo del bus, es decir, sin mensajes, y minimizar las reflexiones de línea. Como generalmente uno de los extremos de la red se encuentra el maestro Profibus DP se posiciono al PLC al inicio del cableado previo al variador del motor 1 para multimaestro, y en este caso proporcionará uno de los terminadores activos.

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4.4.4 Programación del sistema de control

Los software utilizados para la programación que se realiza para el control del autómata y pantalla corresponden a: 1- Winn CC flexible la cual es requerida para poder programar la pantalla, tanto la parte de interfaz gráfica (visualización del programa), como las funciones pre establecidas para cada botón programado en la misma. 2- El software de Siemens Simatic STEP7 V5.4, que se implementa para la programación y la creación de rutinas que consolidan las funciones de control deseadas. Ambos programas son resultado de la estructura Siemens, como se muestra en la figura 55. Para poder programar los hardwares o dispositivos adquiridos es necesario de estos software, esta es una de las principales razones por la cual se eligió usar estos programas. Al adquirir los productos del proveedor (Siemens) se requiere de la licencia otorgada por la empresa para su programación.

Figura No 55. Software de Programación Sinematic.

Fuente: Autor Hardware La programación principal comprende el diseño estructural o hardware que se desea controlar, colocando los dispositivos de control (CPU y pantalla), Micromaster (drivers o variadores) e integrando el bus con que se comunicaran con el PLC (Profibus y MPI). También se colocara el tipo de pantalla con la cual se interactúa. Se selecciona los dispositivos, velocidades de comunicación y la forma de comunicación ya mencionado anteriormente. En ese mismo nivel de programación se coloca el tipo de PLC a utilizar (CPU 315 2DP).

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Este nivel de programación tendrá toda la simbología a usar, la cual se ejecutara en bloques de funciones, el bloque principal es el OB1. A partir de ahí se generan las subrutinas, que contienen toda la lógica de programación necesaria. En el diseño estructural, como se muestra en la figura numero 56, se coloca todos los componentes que se usaran y como van conectados al PLC con respecto al tipo de red. El tipo de comunicación con los variadores de frecuencia es conocida como la PPO3 la cual entrega las direcciones de estado. Con la programación de los variadores de frecuencia o micromaster, al colocarse en pantalla, se podrá observar tanto las direcciones que contiene cada variador (V1= 1, V2= 3 y V3= 5), como las direcciones para poder enviar la información de lo que se requiere o de las fallas que se presenten en el sistema, como las salida de información para saber el estado del variador. Cada variador tiene sus propias direcciones de estado, por lo tanto nunca se tendrá error en las comunicaciones.

Figura No 56. Programación de Hardware.

Fuente: Autor

Procedimientos para la configuración del Hardware digital:

Formato de ejecución y selección de dispositivo. Selección de módulos para entradas y salidas digitales. Configuración de puertos. Estructurar el bus de campo incorporando micromaster (variadores). Configuración de las direcciones de estado y control para la comunicación con trama de datos PPO3. (mediante este procedimiento se integrara las palabras de estado que se traducirán en las consignas para la variación de frecuencia). 100

Software La programación del software se realiza al integrarle funciones que se traducirán en órdenes dadas por el dispositivo maestro (PLC) a los multimaestros (variadores) y finalmente a los esclavos (motores). Esta ordenes dependen de las entradas que reciba, ya sea por sensores o por los datos en pantalla (interfaz hombre-máquina), y que corresponderán a las salidas del controlador al campo, en cuyo caso estableciendo el funcionamiento en cascada de los motores seleccionados.

Figura No 57. Diagrama en bloque de bloque para operaciones Principales OB1. OB1

FB1

DB1

FB2

BD3

FB3

DB5

FB4

DB6

DB2

DB4

FC1

FC2

FC3

FC4

FC5

FC6

Fuente: Autor Bloque de funciones

En el bloque de funciones ilustrado en la figura 56, se tienen toda la programación del PLC (funciones, rutinas y memorias), se presenta un bloque principal denominado OB1 (ver figura 58), en este, se colocan las subrutinas llamadas FC (funciones). También existen subrutinas FB que son usadas para guardar cualquier tipo de información que se quiera, todo FB tiene un DB que es el lugar en la memoria donde será guardada la información deseada. En los bloques de función FC se escribe toda la lógica de circuitos, la forma de programación que se uso fue la lógica en cascada, también denominada KOP. 101

Figura No 58. Bloque de operaciones Principal OB1.

Fuente: Autor

Bloque de operaciones OB1: Es el bloque de operaciones principal en donde se colocan las subrutinas. En el OB1 es donde se colocan los FB y FC. Las subrutinas se colocan en la forma deseada, el PLC ira segmento por segmento ejecutando las instrucciones nadas en la programación como se muestra en la figura numero 59.

Figura No 59. Software de Programación Simatic.

Fuente: Autor 102

Bloque de funciones FB1: Este bloque comprende la subrutina de arranque de motores. La programación de esta subrutina se efectúa, para generar un arranque general y así después colocar esta subrutina en los lugares de arranque de cada motor si la necesidad de repetir el mismo esquema para cada arranque, como se muestra en la fig. 60.

Figura No 60. Bloque de función FB1.

Fuente: Autor Bloque de funciones FB2: Este bloque comprende la subrutina, la cual, se encarga especisificamente de guardar la data de los variadores de frecuencia, salidas, fallas y otras cosas, que el variador de frecuencia proporciona en la palabra de estado, que está constituida por 32 bytes. Tal como se ilustra en la figura 61.

Figura No 61. Bloque de función FB2.

Fuente: Autor 103

Bloque de función FB3: El mismo se genera para poder guardar la data que se genera en la pantalla LCD, para así guardar las velocidades de cada motor y poder establecer en el próximo arranque del PLC las ultimas velocidades que los motores presentaron. Como se muestra en la siguiente figura 62.

Figura No 62. Bloque de función FB3.

Fuente: Autor

Bloque de funciones FB4: Este bloque presenta una subrutina de descarga de valores, los valores guardados anteriormente en la pantalla LCD serán descargados en este código. Como se ilustra en la figura numero 63.

Figura No 63. Bloque de función FB4.

Fuente: Autor 104

Función FC1: Comprende la rutina para las condiciones iniciales, en esta rutina se chequean cada guarda de seguridad, estados de variadores, paradas de emergencias y si todas esas condiciones están en condiciones de arranque genera una marca especial para indicar que todo esté en su correcto funcionamiento, si algunas de estas condiciones están activadas, es decir que se presento una falla, por lo tanto no arrancaran los motores. Como se expone a continuación en la figura 64.

Figura No 64. Bloque de función FC1.

Fuente: Autor. Función FC2: Comprende la rutina de arranque de motores, se necesita previamente de una serie de condiciones mencionadas anteriormente para que así el operador al presionar el botón de arranque ,los motores puedan encender. El código de esta rutina se basa, en que si el operador ordena encender los motores y no se tiene fallas, se le enviara una señal al variador para que encienda los motores. Ver figura 65.

Figura No 65. Bloque de función FC2.

Fuente: Autor. 105

Función FC3: Se compone por una rutina donde se lleva en efecto la cascada de los motores, sacando las relaciones que hay entre cada motor con respecto al aumento y incremento de su velocidad, y si en el caso de alguna modificación se obtendría el efecto en cascada, siempre dependiendo de la ultima relación que se obtuvo. Ver figura 66.

Figura No 66. Bloque de función FC3.

Fuente: Autor. Función FC4: Este bloque presenta una rutina para el modo manual, con la cual se puede arrancar cada motor individualmente sin que sea afectada por la cascada que se lleva a cabo en la subrutina automática. Como se muestra en la figura 67.

Figura No 67. Bloque de función FC4.

Fuente: Autor. 106

Función FC5: Este bloque comprende una subrutina desarrollada especialmente para llevar las velocidades que se modifican en pantalla con respecto a los variadores de frecuencia y así aumentar o disminuir las velocidades de cada motor. Ver figura 68.

Figura No 68. Bloque de función FC5.

Fuente: Autor

Función FC6: En este bloque de función se encuentra, cada alarma que se puedan generar, tomando en cuenta cualquier combinación que pueda existir al momento de en que múltiples alarmas estén actuando en ese momento. Como se muestra en la figura 69.

Figura No 69. Bloque de función FC6.

Fuente: Autor 107

Programación de Pantalla PT177B La pantalla comprende la interfaz hombre-máquina entre las formas para poder interactuar con el sistema y poder darle órdenes, es programado con el software Win CC flexible mencionado anteriormente y facilitar el trabajo del operador. Esta pantalla LCD es táctil, lo cual significa que al presionar sobre la superficie de la pantalla, aquello que se desea (modificar, realizar o visualizar), la misma efectuara esos cambios o tareas. En Win CC el primer paso a proceder, es el de configurar la pantalla que se quiere estructurar entre la gran variedad que se tiene almacenada en el programa, se elije la que se posee. El software creara un nuevo proyecto, en el cual este llama al proyecto principal del Simatic Step 7 para poder tener acceso a todos los botones creados en las operaciones lógicas, y así poder configurar los botones de la pantalla a los respectivos pulsadores en el tablero de entrada del PLC. Como se ilustra en la figura 70.

Figura No 70. Software de Programación Simatic Win cc.

Fuente: Autor Pantalla Principal: En esta interfaz se presentan los botones de arranque y parada para facilitar al operador su trabajo en caso de que se tenga que realizar una parada o arranque de la maquina. Se coloco un botón de configuraciones (sub-pantalla de menú) y así poder realizar otras tareas de configuración. En esta pantalla no se podrán modificar ninguna velocidad de los motores, solo se podrá observar las velocidades.

Configuraciones: En esta pantalla se presenta un menú, mediante el cual el operador podrá ingresar a cualquiera de esas opciones de configuración. Ver figura 71.

108

Figura No 71. Pantalla principal y pantalla de configuraciones.

Fuente: Autor Modo automático: Al entrar en el modo automático el usuario podrá modificar a su gusto las velocidades de los motores deseados, teniendo en cuenta que al modificar algún motor las rutinas en cascadas entraran en efecto. También se tendrá botones de arranque, reset y parada. Se colocarán vínculos que llevarán directamente a la pantalla de configuración o a la pantalla principal, según lo deseado por el operador. Ver figura 71.

Pantalla de pregunta para Modo Manual: Al pulsar el botón de modo manual aparecerá en pantalla un cuadro de aviso, planteando una interrogante para informar al operador que al entrar a ese modo, los motores no estarán funcionando en forma de cascada, si no de forma independientemente. Como se muestra en la figura numero 72.

Figura No 72. Pantalla modo automático y pantalla con cuadro para modo manual.

Fuente: Autor 109

Modo Manual: Al oprimir el botón de OK del cuadro de pregunta, se trasladará a la pantalla donde el operador podrá arrancar los motores de forma manual y hacer pruebas de ajuste, aunque se tengan fallas o alarmas habilitadas en el sistema. Este modo es para poder hacer reparaciones o pequeñas modificaciones en la parte mecánica de la maquina. Se coloca una especie de indicador para que el operador o mecánico tenga conocimiento, del motor que esta encendido y no ocasionar un accidente, en el caso que no se puedan encender los otros motores. Como se muestra en la figura 71.

Pantalla Cascada: Esta pantalla se coloco como guía para que los operadores tengan la certeza del funcionamiento del sistema y en forman gráfica se logra comprender el modo y la forma en que fue dispuesta de la cascada con respecto a los motores que la integran.

Pantalla de Alarmas: En esta pantalla se podrán visualizar todas las alarmas que estén generadas por algún problema en el sistema. También se encontrara un botón de reset para poder quitar las alarmas generadas. Mostradas en la figura numero 73.

Figura No 73. Pantalla modo automático y pantalla con cuadro para modo manual.

Fuente: Autor

110

4.5 CONSTRUCCIÓN DEL SISTEMA DE PLANOS ELÉCTRICOS: DE LAS CONEXIONES ELÉCTRICAS, TABLERO Y PANEL DE CONTROL El diseño de los planos eléctricos se clasifica en la estructuración del tablero de conexiones y panel de control, planteamiento de la canalización del cableado y distribución de dispositivos tanto de control como de potencia. Fundamentado bajo normativas de simbología, esquematización, conexiones, soportes y direccionamiento de cableado.

4.5.1 Normativa y estándares de Seguridad Código eléctrico nacional: las normativas referidas a este documento se centran en la selección e instalación de conductores, con respecto al uso e instalación de bandejas y tuberías metálicas, tomando en cuenta que se permitirá la instalación de conductores en paralelo de acuerdo con las previsiones de las secciones 392 y 310 como se muestra en la figura 74 e ilustrados en los anexos E-7.

Figura No 74. Extracto, secciones 392 y 310 del código eléctrico nacional.

Fuente: CODELECTRA, Código eléctrico nacional.

ISA: Para la selección de normativas ISA se tomaron en cuenta las especificaciones ISA en procesos de medición y control de instrumentos, para consideraciones generales TR20.00.01, que comprenden parte de la distribución de la señalización y diseño, ilustrados en el anexo E-5.

111

Norma UNE-EN 60617 (IEC 60617): La norma española IEC de la UNE fue seleccionada para estructuración del diseño de planos y diagramas de conexión por los estándares de simbología para dispositivos, cableados y puntos de conexión, contenidos en la misma. Ilustrados en el anexos E-13.

Estándar SIEMENS: las normativas siemens provistas para el presente trabajo de grado se disponen para la instalación eléctrica de variadores de frecuencia, su distribución en tablero, cableado tanto de entradas coma salidas digitales, manejo de dispositivos de protección y alimentación del controlador, por medio de la referencia de los manuales de Micromaster 420MM, CPU 315-2PD, estándar IEC 61158/EN 50170 para conexión de terminales y PROFIBUS. Expuestos en el anexo E-3.

4.5.2 Estructura y distribución del sistema implementado Este procedimiento consiste en la organización de aquellos dispositivos de control y potencia seleccionados, a lo largo del sistema físico que comprende el proceso de producción que se desea automatizar. En la figura numero 75 se muestra la disposición de cada moto reductor con respecto al eje, acople, piñón o mecanismo interno, al cual corresponden sus parámetros de funcionamiento dentro de las secciones del sistema, para luego diseñar la canalización de sus conexiones al tablero. Figura No 75. Localización de los dispositivos de control en el sistema.

Fuente: Autor 112

4.5.3 Canalización y Conexión Eléctrica

La distribución planteada para el sistema, se plantea en función de las conexiones del tablero con referencia a las conexiones de los motores ya acoplados a los mecanismos internos del sistema. Por lo cual se integra una estructura de bandeja tipo escalera con soporte aéreo en conjunto a un sistema de tubos metálicos que direccionan el cableado de los motores hacia la distribución en bandeja que lo canalizara al tablero y por consiguiente estará sujeto al automatismo de control.

Bandejas para distribución y tubos metálicos

En la figura numero 76 se muestra la estructura de distribución por bandeja que dispone el cableado (fases U, V y W) que se originan de cada variador presente en el tablero con dirección a las entradas U, V y W de cada motor dispuesto en el sistema.. Para el descenso del cableado, distribuido en bandeja, hacia los motores se integran tuberías metálicas con uniones universales, cajetines, soportes y tomando en cuenta el número máximo de conductores dentro de una tubería de ½ pulgada, para cables AWG 14 (sección 358, tablas 344.30 ,348.22 y C8 del cód. eléctrico nacional) ilustradas en el anexo E-8.

Figura No 76. Estructura de Bandeja para sistema eléctrico propuesto.

Fuente: Autor 113

Tablero de conexiones El Centro de Carga es el lugar desde donde se alimentan a todas las cargas de la Instalación Eléctrica, (tablero de distribución). En instalaciones eléctricas residenciales s puede haber uno o dos niveles de protección si existen dos niveles ambos los dispositivos de guarda motor o interruptores son diferentes. Para determinar la capacidad adecuada de los Centros de Carga, según las mediciones de potencia desarrolladas con anterioridad se tiene una Instalación Eléctrica de unos 4,000 Watts, que incluye solo cargas trifásicas. Las cargas corresponden a los parámetros de funcionamiento de cada moto reductor seleccionado. Por los cual se integraran guarda motores con un rango de entre 2 a 5 amperios equivalentes a la potencia consumida por cada motor, y que comprende una zona de protección dispuesta en tablero como se muestra a continuación en la figura 77. Figura No 77. Estructura de Bandeja para sistema eléctrico propuesto.

Fuente: Autor (Bandeja, distribución en tablero y secciones)

En el centro de carga se integraran 3 sectores de protección que controlarán: una a los variadores de velocidad de cada motor, otra a todos los contactos o pulsadores y una tercera para los dispositivos de señalización (anunciadores).

114

Para calcular la pastilla que controla los moto reductores, se plantean las corrientes calculadas por cada fase en la medición de potencia ya desarrollada. En primer lugar el conductor calibre No. 14 AWG fue implementado para la alimentación de los mismos según la tabla 310-16 de la NOM-001-SEDE_Vigente, que resulta un conductor #14, ilustrado en el anexo E-17. Donde no circularían más de 15 Amperes por el motor trabajando normalmente, sin embargo la corriente de arranque es mucho más alta que la corriente “normal” (nominal o de trabajo) siendo en ocasiones: 3, 4 o hasta 5 veces mayor. Por esta razón se multiplica el resultado de la corriente resultante por 3.5, Mostradas en la fig. 78. Figura No 78. Características de Cables (AWG 14).

Fuente: Conductores VIAKON

Norma de Fabricación: NCh-365. Of

Despacho: Dependiendo del calibre del

2004 ; ASTM - B8

conductor se entrega en carretes de madera de 500, 750, 1000 kgs.

Descripción del Conductor:Cable de Identificación: Tarjeta adosada al

cobre electrolítico, de sección circular.

carrete. Construcción: Conductor : Cable de cobre electrolítico de temple blando,

Aplicaciones: Para mallas de tierra, con

compuesto de hebras cableadas

mayor flexibilidad que la clase A

helicoidalmente, en capas concéntricas, sobre una hebra como alma. 115

Planos eléctricos

Para la elaboración del tablero de pruebas, se diseñan una serie de planos eléctricos que integraran los distintos tipos de conexiones, dispositivos y distribución de los mismos mediante un diagrama eléctrico general, un diagrama eléctrico de potencias y un diagrama eléctrico de control, según las normativas de diseño, simbología y distribución de la IEC 3_594, IEC 60617-7 para dispositivos de control y IEC 60617 para simbología eléctrica, integradas en el diagrama eléctrico provisto en la figura 79.

Figura N0 79. Diagrama eléctrico general del tablero de pruebas.

Fuente: Autor El diagrama eléctrico general comprende: los conductores L1, L2 y L3 para voltajes de 120v, interruptores automáticos magnetotérmicos o guardamotores, variadores de velocidad, motores de inducción trifásica con rotor en jaula de ardilla, convertidor de AC / DC, , interruptores automáticos magnetotérmicos de una fase, dispositivo de control CPU 315 2DP, modulo de entradas digitales DI, modulo de salidas digitales DO, pantalla táctil HMI, relés de activación con 24v, anunciadores (sirena y bombillos C2, C4 y C5), cable para estándar Profibus, cable MPI, interruptores y pulsadores (NA / NC), e integra un conjunto de borneras de conexiones. Se elaboraran tableros de control y potencia. 116

Figura N0 80. Diagrama general del tablero de control.

Fuente: Autor

Figura N0 81. Diagrama general del tablero de potencia.

Fuente: Autor 117

Conexión de tablero de pruebas

Para la elaboración de las pruebas se construye un tablero de pruebas constituido por la unidad de controlador lógico programable (alimentación, PLC y módulos digitales), la unidad de variadores (3 variadores de medio Hp), banco de protección (3 interruptores para disp. de control, 3 guarda motores para variadores), banco de pulsadores (arranque, parada, reset y parada de emergencia), sección de señalización (anunciadores: encendido, en espera, parada con alerta de fallos y sirena), relés de potencia para alimentación de anunciadores, bornera de conexiones, pantalla táctil para control y supervisión de los tres motores accionados por este sistema de pruebas. La construcción del tablero de pruebas se muestra en la figura 82.

Figura No 82. Construcción del tablero de conexión.

Fuente: Autor Conexión de dispositivos Como base de la estructura se toma una lamina de aluminio con soportes angulares soldadas en su parte inferior de la misma, una vez planteada la cantidad de dispositivos a integrar, se clasifican las secciones y se dividen mediante canaletas que ese encargaran de canalizar el cableado y garantizar tanto el orden como la estética del montaje. Ya fijas las canaletas se dispone a instalar los soportes y rieles sobre los cuales se colocaran los dispositivos ya mencionados. Una vez instalados los dispositivos en sus respectivos rieles de soporte, se continúa con la alimentación del sistema. A consecuencia de la presencia de motores trifásicos, se integrarán por las canaletas tres conductores (L1, L2 y L3) en representación de las tres fases en conjunto de un cuarto conductor N para el neutro del sistema. 118

Sucesivamente estos conductores se dirigen a la bornera de conexiones para su seguridad y posibles puenteos para reutilizar dichas fases o referencias, para luego conectarlas con las entradas trifásicas de cada guarda motor (bloque de seguridad) y cuyas salidas serán conectadas a los puntos de conexión de los tres variadores presentes en el tablero. Posterior a esta conexión se conectaran las salidas de los variadores a las borneras (U, V y W) de cada motor que representan las fases correspondientes, para finalizar la conexión de potencia presentada en la figura numero 83.

Figura No 83. Conexión de dispositivos de control y eléctricos.

Fuente: Portal web Siemens & MAICA

Luego de la conexión de potencia se prosigue con el puenteo de una de las fases (L1) al interruptor de dispositivo para la alimentación de la CPU, una vez conectado este dispositivo convertirá la tensión de la fase a 24 v, estas salidas de voltaje se puentearán a otros tres interruptores, uno para la seguridad de la unidad procesadora y las otras dos se conectarán a los módulos de salidas digitales. Ya alimentados los módulos, las entradas digitales serán cableadas a los pulsadores, los mismos tendrán una alimentación de 24v puenteadas de las borneras. Las salidas digitales se conectaran al igual que las entradas por la canaleta a la parte posterior del tablero pero con una alimentación de una de las fases tomadas de la bornera, por lo cual deben ser conectadas a los relés de potencia y conectadas a los bornes de salida del modulo correspondiente ilustrados en los. (El cableado de 24v se integro en base a las características del cable AWG 16) Para el control de los variadores mediante el estándar PROFIBUS se procede a abrir los terminales del cable profibus FC-6XV1, para conectar las entradas y salidas 119

seriales. Esta conexión se inicia desde el puerto serial profibus del CPU y continúa hacia el variador de velocidad del motor 3 como entrada del conector al puerto profibus del mismo variador. La salida del conector del variador U3 se conecta a la entrada del conector del puerto profibus del variador del segundo motor o U2, sucesivamente la salida del mismo conector se conecta a la entrada del conector del puerto profibus del variador de velocidad que corresponde al tercer motor o U3, completando el sistema de transmisión para el estándar profibus.

Para la culminación del tablero se integra la pantalla táctil TP177B PN/DP mediante cable MPI, el mismo se conecta al puerto serial del controlador localizado en el CPU. Una vez conectado el cable MPI al puerto correspondiente que equivale al profinet (ver figura 84), se conecta la alimentación de 24v derivada de la bornera de conexiones hacia la conexión para la fuente de alimentación provista en la parte inferior de la misma. Pese a que la pantalla se encuentra fuera del tablero con un soporte aparte, las conexiones MPI y de alimentación se canalizan por la canaleta del tablero próximas al conjunto de bornes y CPU, para luego direccionarlas a la pantalla. Ilustrada en la figura a continuación. Figura No 84. Conexiones para pantalla táctil.

Fuente: Portal web Siemens.

120

4.5.4 Mecanismo y funcionamiento interno implementado Para la transmisión de potencia requerida por los moto reductores seleccionados es necesario acoplarlos a los mecanismos internos del sistema. Una vez desinstalados los mecanismos internos que con anterioridad transmitían la potencia necesaria para la activación del movimiento se procede a acoplar el eje de trasmisión de los moto reductores a implementar.

El procedimiento para estos acoples se inicia con la fijación de la base de los motores mediante pernos, seguidamente se procede a unir los acoples de transmisión flexibles de árbol (mordaza) al eje del motor, realizado el acople de la mordaza al motor se debe unir el otro extremo de la mordaza al mecanismo que se desee transmitir el movimiento dentro del sistema. Para las lonas, el acople de mordaza se unirá con el juego de poleas integrados por poleas de garganta para la transmisión por correa hacia el eje del rodillo tensor, lo cual accionara el movimiento de las lonas, como se muestra en la figura numero 85.

Figura No 85 Estructura interna del mecanismo de control y acoples para implementación.

Fuente: Autor (Acople en la línea y lona en plataforma inventor)

Para el acople de las lonas, la salida de la mordaza se une con el juego de piñones correspondientes para la transmisión por cadena, lo que accionará

el

movimiento rotativo del eje de los rodillos. Una vez finalizado el acople e integración del eje de los motores a los mecanismos transmisores de potencia del sistema se procederá a conectar el cableado eléctrico de los motores.

121

4.6 EFECTUAR LAS PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO PARA EL SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN

Como se planteo con anterioridad se elaboró un tablero de pruebas para el control de tres motores, los cuales representarán las tres secciones principales del sistema. El funcionamiento de estos 3 motores se controlara en dos modalidades, una de ellas mediante tablero y la otra a través de la pantalla. Como se ilustra en la figura número 86, en tablero se presentan una sección de pulsadores para el control de arranque de todos los motores, parada, reset de fallas y una parada de emergencia, cada uno de estos conllevan a eventos correspondientes en la sección de dispositivos de señalización. En esta sección de señalización se presentan anunciadores de arranque (verde), en espera (amarillo), paradas de emergencia o fallas (rojo) y sirena como anunciador de audio a la par con la parada de emergencia. Figura No 86. Distribución de tablero de pruebas.

Fuente: Autor

Igualmente se presentan tres variadores de velocidad correspondientes a cada motor, en cuya pantalla se podrá modificar los parámetros de operación y visualizar la variabilidad de los mismos en pleno desarrollo, conjunto a estas secciones se presenta el controlador lógico programable (PLC) integrado por sus módulos de alimentación, CPU, y módulos de entrada y salidas digitales, los cuales presentaran anunciadores led, para la visualización de la correcta alimentación, estados de encendido (run), parada (stop) o fallas para CPU, mas la observación de las entradas digitales DIn y salidas DOut. 122

Para la modalidad de pantalla se elabora una interfaz para la visualización de los parámetros de frecuencia a los que se desempeñan las 3 secciones principales representadas por los motores conectados al tablero. En pantalla a demás de la visualización del proceso se presentan 4 interfaces que representan la modalidad automática para el accionamiento de la cascada, el modo manual para las pruebas individuales de cada motor, el diagrama en cascada para la comprensión del sistema y la modalidad de fallas para la observación de los inconvenientes para el reseteo de las mismas y continuar el proceso de producción. Figura No 87. Anunciadores para estados de encendido, en espera y parada / falla.

Fuente: Autor En primera instancia se efectuaron las pruebas en tablero, por lo cual se procedió a pasar el interruptor principal para alimentar el tablero y accionar los dispositivos de protección (interruptores y guarda motores). Una vez habilitados los interruptores se verifico que el anunciador de espera este encendido, lo cual indicó que no se presentaron fallas en el sistema para el arranque. Para el arranque se presiono el pulsador correspondiente y se verificaron los encendidos de los motores, seguidamente del aumento en la rampa de aceleración visualizada en los paneles frontales BOP de los variadores (ver anexo G), que indica los parámetros de operación de cada motor, seguidamente se implemento la parada al pulsar el botón rojo, por lo cual se activo el anunciador del mismo color en forma permanente. Para habilitar el sistema, luego de la parada, se acciono el pulsador de reset, lo que provocó que el anunciador pasara a estado en espera. Posteriormente se inicio el arranque del sistema para probar la parada de emergencia, accionándola y así poder visualizar que el anunciador de parada se encienda.

123

Una vez habilitada la parada de emergencia la misma queda normalmente abierta desactivando el sistema, para desactivarla sé hacer girar el pulsador (el anunciador de parada pasa a intermitente) y se pulsa el reset para establecer el sistema en modo de espera. (Al presionar la parada de emergencia la sirena se mantuvo activada hasta pasar el pulsador a su estado normalmente cerrado).

Figura No 88. Pruebas en tablero mediante pulsadores y anunciadores.

Fuente: Autor

Una vez realizadas las pruebas en tablero se procedió al control del sistema por medio de la interfaz en pantalla. Posicionados en la pantalla principal se toma la previsión con respecto al modo de espera del sistema con el anunciador de color amarillo y se procede al accionamiento de los motores mediante el pulsador digital de arranque mostrado en pantalla (visualizando los porcentajes de frecuencia de cada motor en pantalla), seguidamente los motores arrancan y se pulsa el botón de parada ilustrado en pantalla para inhabilitar el sistema. Ya comprobado en funcionamiento de la pantalla principal se accede al menú de configuración, por medio del botón de configuración ilustrado por herramientas. Ya en la pantalla de menú se procede a entrar al modo automático y variar los porcentajes de frecuencia de cada motor que una vez seleccionados, de forma inmediata se visualizaron bajo cada motor el valor correspondiente en relación 1 con respecto al anterior (modo cascada).

124

Al comprobar el funcionamiento del modo automático se accede al modo manual, en el mismo se advierte que en este modo no se obtendrá un funcionamiento en cascada por lo cual se pulsa el botón que indica el estado de conformidad y se entra en la pantalla manual. Una vez en el modo manual se arrancaron los motores individualmente para verificar su funcionamiento tanto como sus paradas respectivas, indicadas por anunciadores digitales en la misma pantalla. Se selecciona el botón para retornar a la pantalla de menú y acceder a la pantalla que ilustra el diagrama en pantalla y así representar el funcionamiento del sistema según la disposición de los motores.

Figura No 89. Estructura de pantallas para elaboración de pruebas.

Fuente: Autor A modo de finalizar el periodo de pruebas se procede a acceder a la pantalla de alarmas y verificar las fallas presentes en el sistema, por lo cual luego de verificar que en el tablero se presente el anunciador en modo de espera, se desactivaron los guarda motores para provocar fallas en el sistema, las cuales fueron anunciadas por el de dispositivo señalización rojo en estado intermitente. Luego de obtener las fallas se observo la pantalla de alarmas donde se evidenciaron 3 fallas de los respectivos guarda motores y 3 fallas con respecto a los variadores de velocidad, a consecuencia del corte en la alimentación. Ya identificadas las fallas en pantalla se procede a habilitar los guarda motores previamente desactivados y a resetear las fallas en pantalla, una vez verificadas en tablero se establece el estado en espera y en pantalla se eliminan las fallas anunciadas, por lo cual se inicia el arranque de los motores en la pantalla principal evidenciando el funcionamiento de la totalidad del sistema. 125

Figura No 90. Visualización de fallas durante pruebas en tablero.

Fuente: Autor Ya realizas las pruebas se determina la aplicación en el sistema, donde toda máquina cuyo movimiento sea generado por uno de los motores implementados, se necesita que la velocidad de dicho motor se adapte a la velocidad necesaria para el buen funcionamiento de la máquina.

Para fines de esta automatización, la variación de velocidad presentada por los motores corresponde a un funcionamiento en cascada (rango de frecuencia variable de operación) la cual se debe a las parametrizaciones que se introdujeron a cada variador con anterioridad (Ver anexo G), mediante la integración de los parámetros P0757 al P0760 se configura el escalado de la entrada analógica para el panel frontal BOP o mediante entradas digitales, en una rampa de 0 a 100 donde la consigna vista en porcentaje (%) es directamente proporcional al valor de la tensión de referencia deseada (entrada analógica) y una rampa de 0 a 100 donde 100 representa la frecuencia máxima deseada 90 Hz con respecto a 0 a 16384 para hacer coincidir este valor de condigna con el porcentaje máximo de frecuencia correspondiente a 90 Hz.

Figura No 91. Estructura interna de un variador de velocidad y forma de onda.

Fuente: Manual SIEMENS variadores de velocidad 420 MM 126

Como se muestra en la figura 91, esta variación es consecuencia de la rectificación interna del variador, efectuada por la estructura electrónica presente, que comprenden estos dispositivos. En principio los variadores de velocidad constituyen rectificadores de media onda con respecto a las fases de entrada con las que se alimentan, esta rectificación se origina por la presencia de puentes de diodos, integrados en un arreglo ánodo cátodo, para así obtener la rectificación de media onda por cada fase. Una vez rectificada la onda senoidal pasa por una etapa de filtrado compuesta por un condensador, que eliminara los picos o ruidos presentes tras el rectificado y conseguir una salida en DC, se almacena dicho valor de tensión, lo que conlleva a una etapa compuesta por tiristores, que mediante la conmutación del componente, logra discretizar la onda sinusoidal para lograr una onda cuadrada que posteriormente pasara por un circuito inversor, donde además de modificar su ancho de pulso para la variación de frecuencia, se obtendrá un voltaje relativamente alterno que accionará los motores trifásicos implementados, según los parámetros de operación que el operador introduzca al sistema. Como se muestra en las figuras 91 y 92.

Figura No 92. Estructura interna de un variador de velocidad y formas de onda.

Fuente: Autor 127

4.7 IMPLEMENTAR EL SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN EN LA C.A. SUCESORA DE JOSÉ PUIG & CIA

A consecuencia de los prolongados tiempos de entrega que otorgaron los proveedores de los motores y cajas reductoras, resulta impráctico la implementación del sistema automatizado. Debido al extenso plazo para la adquisición de los moto reductores, no es posible la coincidencia del cronograma de producción de la empresa con respecto al paré de producción a finales del presente año (2010), ya que para la implementación es necesario suspender el funcionamiento de dicha la línea. En otro sentido, la empresa C.A. sucesora de José Puig & CIA, requiere una implementación parcial de la presente automatización, a consecuencia del elevado presupuesto para su desarrollo y a la compleja disposición de medios, cronogramas y demandas del producto de dicha línea con respecto al mercado, por ello se postergó la aceptación de los distintos presupuestos presentados por las empresas proveedoras, hasta la coordinación entre tiempos de entrega, paros de producción y disponibilidad económica para el desarrollo parcial de la implementación.

Una vez planteadas las limitaciones previstas con anterioridad y en concordancia con las propuestas en el primer capítulo del presente trabajo de grado, donde explícitamente se consideran las conveniencias de la empresa y los procedimientos con respecto a la adquisición de los dispositivos, como factor limitante, se procede a tomar los parámetros desarrollados (selección de dispositivos, diseño eléctrico, normativa de implementación y las pruebas elaboradas en tablero) como marco principal en la posterior implementación, ya que la misma se llevará a cabo, conformé la empresa apruebe los presupuestos solicitados. Razón por la cual se plantea la presentación de un tablero de pruebas que represente la automatización del sistema previsto integrando todas las condiciones que se requieran en la línea de producción, con el fin de implementar los dispositivos restantes en el tiempo contemplado por la empresa, sin la necesidad de desarrollar la programación de los mismos y lograr la mayor reducción

posible con

respecto al pare de producción necesario, para la realización de los procedimientos restantes. (Es relevante la observación de los documentos provistos tanto por los proveedores como los proporcionados por la empresa, ilustrados en el anexo F-5).

128

4.8 RECURSOS ADMINISTRATIVOS

4.8.1 Recursos humanos Tabla No 8. Recursos Humanos. Nombre Meza Luis

Puig Carlos Puig Miguel Puig Néstor Puig José Luis Mancera Pedro Coronel Ender Carlos Marín Luis Rodríguez Ángel Bouza José Medina

Categoría Estudiante Ing. electrónica (Autores) Estudiante Ing. electrónica (Autores) Ing. Eléctrico (Directivo) Ing. Civil (Directivo) Ing. Eléctrico (Directivo) Ing. Eléctrico (Tutor) Ing. Electrónico (Ingeniero) Ing. Electrónico (Ingeniero) Técnico Mecánico Jefe de Mecánicos Técnico Electricista

Horas Mensuales

Horas Totales

Costo (BsF.)

80

520

0*

80

520

3000

1

9

1250

5

20

2100

1

9

1250

25

225

800

25

225

800

5

20

80

20

170

83

16

144

120

16

144

83

Total

9.566

* Como esta persona no presenta un contrato laboral con la empresa no percibe una remuneración o sueldo de la misma.

129

4.8.2 Recursos técnicos Tabla No 9. Recursos técnicos. Clase de componentes

Cantidad

Descripción

Precio Unitario

Costo (BsF)

Tacómetro

1

Mide las rpm de los reductores y motores

200

200

Pinza Amperimétrica

1

Inst. de Medición

1000

1000

Acoples

12

Acoples a ejes de bandas y rodillos

800

9600

Tablero de conexiones

2

Cajón Eléctrico

15000

30000

3200

3200

3500

10500

1800

19800

Total (BsF)

60700

PLC

1

Pantalla táctil

3

Motores con sus reductores

11

Controlador lógico programable. Pantalla para poder visualizar velocidades y datos de la maquina Motores AC con sus respectivos reductores para las relaciones de los rodillos y el motor

(Vale resaltar, que la mayoría de los recursos técnicos implementados en este trabajo de grado se resumen, en los presupuestos otorgados por los proveedores (ver anexo F en adelante) y por las herramientas ilustradas en los anexos H).

130

4.8.3 Recursos Administrativos / Operacionales

Tabla No 10. Recursos administrativos operacionales. Nombre Papelería Microwim s-tep 7

Microsoft Project

Descripción Hojas, Impresiones, informes, etc. Software de Siemens para poder programar el PLC y la pantalla táctil Software para poder realizar diagramas y cronogramas

Costo Es suministrado por la empresa

Costo Total

0 BsF. *

Es suministrado por la empresa Es suministrado por la empresa

* Como dentro del inventario de la empresa ya está contemplado el uso de estos recursos no requieren costo alguno.

4.9 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Tabla No 11. Cronograma de actividades.

Fuente: Autor 131

CAPITULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 CONCLUSIONES

El control automático de procesos, es una variable importante para la industria en general, ya que deriva del estudio requerido para obtener el conocimiento necesario de las relaciones existentes entre las variables de entrada y salida del sistema que se desea automatizar. Es importante conocer qué tipo de elementos o bien dispositivos se tienen, para así poder controlar las diversas variables, tales como, el desplazamiento del sistema de transmisión.

Sin embargo en un proceso productivo no siempre se justifica la implementación de sistemas de automatización, pero existen indicadores que justifican y hacen necesario la implementación en estos sistemas, entre los cuales figuran los siguientes: 1- La necesidad de un aumento en la producción, 2- El requerimiento de una mejora en la calidad de los productos, 3- La necesidad de bajar los costos de producción 4- La escasez de energía, 5-El encarecimiento de la materia prima necesaria 6- La exigencia a la hora de brindar seguridad al personal y 7- sumado al desarrollo de nuevas tecnologías.

La automatización solo es viable si al evaluar los beneficios económicos y generales de las mejoras que se podrían obtener al automatizar, estos son mayores a los costos de operación y mantenimiento del sistema. La automatización de un proceso frente al control manual del mismo, brinda ciertas ventajas y beneficios, por ende, la implementación de controladores lógicos programables como el PLC conforma la clave para la obtención de mayores rendimientos, resaltando los siguientes: 1- Se asegura una mejora en la calidad del trabajo del operador y en el desarrollo del proceso (Interfaz hombre maquina), 2- Se obtiene una reducción de costos (puesto que se racionaliza el trabajo, se reduce el tiempo y dinero dedicado al mantenimiento). 3- Existe una reducción en los tiempos de procesamiento de información lo que aumenta la velocidad de producción en conjunto a la eliminación casi total de mecanismos móviles. 4- Flexibilidad 132

para adaptarse a nuevos productos (fabricación flexible). 5- Se obtiene un conocimiento más detallado del proceso, mediante la recopilación de información y datos estadísticos del proceso. 6- Se obtiene un mejor conocimiento del funcionamiento y performance de los equipos y máquinas que intervienen en el proceso de producción. 7- Aumento en la factibilidad técnica en procesos y en operación de equipos, 8- Aumento en la viabilidad para la implementación de funciones de análisis, optimización y auto diagnóstico. 9Aumento en el rendimiento de los equipos y en su durabilidad, 10- Facilidad para incorporar nuevos equipos y sistemas de información para la expansión o mejora de las rutinas de funcionamiento, 11- Racionalización y uso eficiente tanto de la energía de consumo como de la materia prima necesaria para la producción y 12- EL aumento en la seguridad de las instalaciones y la protección a los trabajadores.

Tomando en cuenta el desarrollo de la automatización en el presente trabajo de grado y haciendo referencia a los anteriores planteamientos, se determinaron los diferentes alcances obtenidos a lo largo del proceso de automatización planteado para la empresa C.A. Sucesora de José Puig y CIA, presentes en el ramo de la industria alimenticia galletera, presentándose a continuación:

Se logró satisfactoriamente identificar el funcionamiento y los procesos del sistema, mediante el estudio y la observación de los diversos mecanismos presentes en la línea de producción VICARS, por lo cual, se facilito la realización de las mediciones mecánicas y de potencia, a consecuencia del conocimiento de las partes involucradas, tanto en la transmisión de movimiento como en la distribución en tablero, lo que optimizo el proceso para la conexión de los instrumentos de medición y disponer de los valores resultantes. Una vez realizadas las mediciones correspondientes se logró efectuar las diversas selecciones con respecto a los diferentes dispositivos requeridos, por lo cual, se diseño el sistema de control en cascada para el control de cada motor, mediante la programación del controlador lógico programable. Por otra parte, se consiguió estructurar la distribución de los moto reductores y dispositivos de control para la canalización del cableado, obteniendo así el diseño del tablero.

133

Una vez estructurado el sistema a implementar, se desarrollaron los planos eléctricos que conllevaron a la construcción del tablero de pruebas, que una vez desarrollado, logro cumplir con cada requerimiento previsto en la automatización del sistema. Estos requerimientos corresponden al funcionamiento en cascada de cada motor (mediante el control por pantalla) o control automático. Igualmente se cumplió con los parámetros de velocidad previstos en las lonas y rodillos presentes en la línea, al momento de elaborar dichas pruebas, comprobando así la adaptabilidad de la automatización para la producción diaria. El variador de frecuencia convierte la alimentación de la red a otra frecuencia basándose en la rectificación y posterior conmutación a alta frecuencia. Constituye una etapa intermedia donde almacena energía, el voltaje de salida de un variador no es senoidal sino por modulación por ancho de pulso y lo invierte para el control final. A consecuencia de la presente automatización: se aumenta la eficiencia del sistema, la velocidad de producción (como resultado de la disminución de horas dispuestas al mantenimiento o a fallas presentadas por el sistema), debido a la eliminación de los mecanismos móviles de transmisión, se obtiene una disminución considerable del consumo eléctrico, disminución de ruido, un aumento en el rendimiento del proceso, mayor seguridad para el personal técnico y operativo, como respuesta al informe de fallas, tanto por pantalla, como por anunciadores y por los mecanismos de paradas automáticas previstas a la hora de posibles accidentes (guardas de seguridad), avance tecnológico en conjunto a la uniformidad de dispositivos de control (SIEMENS), una mayor supervisión conforme a la cuantificación de los parámetros operativos del sistema (visualización de los datos de cada motor), flexibilidad para la incorporación de nuevos dispositivos y mejoras en el sistema, escalabilidad funcional (número de entradas y salidas del controlador, que se traducen en la incorporación de mecanismos para futuras mejoras), disminución de costos operativos (capacitación a un solo operador) y finalmente lograr un control de todo el proceso mediante la modificación individual de cada zona del sistema, por medio de la interfaz por pantalla.

134

Dicho esto, se puede concluir que cuando ocurre una falla, la facilidad del mantenimiento es mucho mayor, porque los PLC's ofrecen herramientas para solventar estas situaciones. Tal es el caso del monitoreo de señales en pantalla, con lo cual es posible verificar donde se encuentra el desperfecto. Si se llega a dañar algún módulo de entrada o salida, es posible simplemente cambiar la dirección a la que se encuentra conectada y seguir trabajando mientras se repone la tarjeta o módulo. La automatización con PLC's incrementa la repetitividad del proceso, ya que éste deja de depender del criterio del operador e integra los diferentes sistemas del control presentes en un equipo, lo cual lo hace mucho más confiable e integro, en cuestión de presentación y mantenimiento, disminuyendo el costo económico en el tiempo propuesto para las fallas que logran solventarse con mucha mayor rapidez. Una vez que se comprenden todos estos factores, se logra deducir, que en las diversas tareas de la automatización, se implementa la mejora, con el fin de conseguir o aproximarse a la solución más optima, que trata de maximizar los beneficios y minimizar los costos, logrando así el alcance de los objetivos generales de la empresa, persona o grupos, que deseen conseguir una mayor competitividad en el mercado o beneficios propios a considerar.

135

5.2 RECOMENDACIONES

El primer paso para la implementación de una automatización mediante controladores lógicos programables, consiste en hacer un levantamiento del estado actual de la maquinaria. Este estudio permitirá recopilar la información necesaria para saber los requerimientos eléctricos que precisan las señales que van a colocarse al equipo, de lo cual, dependerá en gran medida el costo del proyecto. Los PLC's son tan flexibles que pueden automatizar prácticamente cualquier proceso que requiera secuencias de carácter repetitivo. Para poder hacer el levantamiento se requiere saber los diferentes tipos de entradas y salidas que se van a manejar. Estas entradas y salidas pueden ser de tipo digital (solamente están encendidas, palabras de estado) o poco analógicas (que tienen un rango de valores no discretos). Cada una de las entradas analógicas o digitales pueden tener diferentes características; por ejemplo, los estándares más comunes para señales digitales son los de 24V de corriente directa o los de 110V y 220V de corriente alterna. Para las señales analógicas los estándares más comunes son el de 4 a 20 mili amperes, y los de 110V y 220V de corriente alterna. Generalmente, un PLC pueden manejar cualquiera de estos tipos de señales agregando módulos de entradas y salidas al equipo que se desee.

En cualquier caso de automatización con PLC, para poder tener control total de uso y mantenimiento de la aplicación, se requiere de un terminal de programación, o del software y los cables de conexión entre una PC y el PLC lo que encarece el producto. Muchos de los integradores (proveedores de los dispositivos de control) hacen proyectos y sólo entregan al usuario, el PLC con su programa. El problema cuando se presenta alguna falla de mantenimiento, se debe a que se depende completa y exclusivamente de la persona que hizo la automatización, en este caso el integrador, por lo cual, es recomendable la capacitación de personal en cuanto al manejo básico de un controlador: estructura, funcionamiento, conexiones, limitaciones, un nivel básico de programación (ya que es un procedimiento que deriva del manejo de los contactos de un plano eléctrico, programación en escalera) y aquellas herramientas que complementen el conocimiento para el desarrollo de futuras adaptaciones o mejoras al sistema que contribuyan a la solución de fallas y a optimizar el proceso.

136

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141

ANEXOS

142

ANEXO A. SISTEMA Y ESTRUCTURA DE LINEA VICARS Anexo A-1. Línea VICARS (Diagrama General).

Fuente: Autor Anexo A-2. Línea VICARS (sección central).

Fuente: Autor 143

Anexo A-3. Línea VICARS (sección Inicial).

Fuente: Autor Anexo A-4. Línea VICARS (sección final- pre horno).

Fuente: Autor 144

Anexo A-5. Línea VICARS (Sección central).

Fuente: Autor Anexo A- 6. Mecanismos y puntos de transmisión.

Fuente: Autor 145

ANEXO B. DIAGRAMA Y FUNCIONAMIENTO DE MECANISMOS

Anexo B-1. Plano de Mecanismos interno línea Vicars.

Fuente: Empresas Puig C.A. Plataforma AUTO CAT 2007

Anexo B-2. Mecanismos interno de transmisión línea Vicars.

Fuente: Autor.

Anexo B-3. Mecanismos externos de transmisión línea Vicars.

Fuente: Autor. 146

Anexo B-4.Sistema a implementar, distribucion de motoreductores en ejes de transmicion.

Fuente: Empresas Puig C.A. Plataforma AUTO CAT 2007- español Anexo B-5. Distribución externa de motoreductores en torre de soporte VICARS.

Fuente: Autor Anexo B- 6. Diagrama de flujo en cascada automática.

Fuente: Autor. 147

ANEXO C. INSTRUMENTOS DE RECOLECCION Y REGISTRO

Anexo C-1. Cuaderno de notas (Diagrama General)

Fuente: Autor

Anexo C-2. Cuaderno de notas (Clasificación de rodillos y respuesta a entrevistas).

Fuente: Autor 148

Anexo C-3. Cuaderno de notas (Tipos de Galletas producidas por lona).

Fuente: Autor

Anexo C-4. Cuaderno de notas (Clasificación de lonas y rodillos para mediciones).

Fuente: Autor

149

Anexo C-5. Modelo de Entrevista (Personal Ejecutivo).

Fuente: Autor Anexo C-6. Modelo de Entrevista (Personal Técnico y Obrero).

Fuente: Autor 150

Anexo C-7. Constancia de Validación del los instrumentos de recolección.

Caracas, 3 Febrero del 2011

CONSTANCIA DE VALIDACION DEL INSTRUMENTO

Quien suscribe ___________________________________ titular de la cedula de identidad numero ________________, certifico por medio de la presente, que formé parte del juicio de expertos que evaluó el instrumento de recolección de datos del trabajo de grado

titulado:

“DISEÑO

E

IMPLEMENTACIÓN

DE

UN

SISTEMA

AUTOMATIZADO PARA UNA BANDA TRANSPORTADORA DE LA C.A. SUCESORA DE JOSÉ PUIG & CIA

MEDIANTE LA APLICACIÓN DE

CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (P.L.C)”, presentado por los bachilleres Luis Meza y Carlos Puig. Aspecto que garantiza la recolección de información necesaria para alcanzar los objetivos planteados en este estudio.

Atentamente

___________________________ Firma

Fuente: Autor

151

ANEXO D. AUTOMATIZACIÓN

Anexo D-1. Producción con integración automática.

Fuente: Siemens Venezuela

Anexo D-2. Robustez, conexiones y estructura de Controladores.

Fuente: Siemens Venezuela 152

Anexo D-3. Robustez, conexiones y estructura de Controladores.

Fuente: Siemens Venezuela

Anexo D-4. Programación de bloques operativos OB1.

Fuente: Autor

Anexo D-5. Programación y configuración para modo de operación.

Fuente: Siemens Venezuela 153

Anexo D-6. Programación de bloques operativos FB1.

Fuente: Autor

Anexo D-7. Programación de bloques operativos FB2Fuente: Autor.

Fuente: Autor 154

Anexo D-8. Programación de bloques operativos FB3.

Fuente: Autor

Anexo D-9. Programación de bloques operativos FB4.

Fuente: Autor 155

Anexo D-10. Programación de bloques operativos FC1.

Fuente: Autor Anexo D-11. Programación de bloques operativos FC2.

Fuente: Autor 156

Anexo D-12. Programación de bloques operativos FC4.

Fuente: Autor Anexo D-13. Programación de bloques operativos FC5.

Fuente: Autor 157

Anexo D-14. Programación de bloques operativos FC6.

Fuente: Autor

Anexo D-15. Programación HMI (Pantalla táctil).

Fuente: Autor 158

Anexo D-16. Cuadro de entradas y salidas digitales, marcas y bloques operativos.

Fuente: Autor

159

Anexo D-17. Cuadro de entradas y salidas digitales, marcas y bloques operativos.

Fuente: Autor

160

ANEXO E. NORMATIVA Y CRITERIOS DE SELECCIÓN

Anexo E-1. Selección de dispositivos de control según parámetros SIEMENS.

Fuentes: SIEMENS SIMATIC Controller (Brochure · April 2010)

Anexo E-2. Calculo de potencias.

Fuente: Douglas C. Giancoli. Prentice Hall

161

Anexo E-3. Estándares y normas implementadas SIEMENS.

Fuente: Manual del usuario SIEMENS automation.

Anexo E-4. Estándares y normas implementadas PROFIBUS.

Fuente: Manual del usuario SIEMENS 162

Anexo E-5. Estándares y normas implementadas ISO.

Fuente: Norma internacional ISO

Anexo E-6. Estándares y normas implementadas ISA.

Fuente: ANSI/ISA 163

Anexo E-7. Estándares y normas implementadas CODELECTRA.

Fuente: CODELECTRA

Anexo E-8. Estándares y normas implementadas Cód. Eléctrico nacional.

Fuente: CODELECTRA (Cód. Eléctrico Nacional).

164

Anexo E-9. IEC Normativa para diagramas eléctricos.

Fuente: IEC Norma Internacional

Anexo E-10. Simbología para diagramas eléctricos.

Fuente: Unidad didáctica Bueno A.

Anexo E-11: Selección de cableado.

Fuente: CODELECTRA 165

Anexo E-12: Conexión de Bornes con terminales.

Fuente: CODELECTRA

Anexo E-13. Normas UNE-EN 60617 (IEC 60617) – Simbología.

Fuente: IEC Normativa internacional

166

Anexo E-14. Tipos de Bandeja y soportes.

Fuente: CODELECTRA

Anexo E-15. Soportes y tuberías metálicas

Fuente: CODELECTRA

167

Anexo E-16. Diagrama para soportes y tuberías metálicas.

Fuente: CODELECTRA.

Anexo E-17. Normativa para Soportes y número de conductores por tuberías metálicas

Fuente: CODELECTRA

168

Anexo E-18. Diseño de tablero de control y tablero de potencia.

Fuente: VIAKON (Manual de capacidad de corriente)

Anexo E-19. Instalación de soporte para PLC.

Fuente: Manual de Instalación SIEMENS. 169

ANEXOS F. SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS Anexo F-1. Mecanismos de acople, transmisión de potencia y Moto reductores.

Fuente: Autor & MAICA Soluciones Técnicas

170

Anexo F-2. Cotización para adquisición de moto reductores.

Fuente: Autor & MAICA Soluciones Técnicas / SEW Euro Drive. 171

Anexo F-3. Cotización para adquisición de dispositivos de control.

Fuente: Autor & MAICA Soluciones Técnicas 172

Anexo F-4. Cotización para adquisición de dispositivos de control.

Fuente: Autor & MAICA Soluciones Técnicas 173

Anexo F-5. Aprobación de presupuesto por parte de Galletas Puig.

Fuente: C.A Sucesora de José Puig y CIA. 174

ANEXOS G. CONFIGURACION DE VARIADORES Y PARAMETROS.

Anexo G-1. Instalación de soporte para PLC.

Fuente: Manual de usuario (Micro máster 420 SIEMENS) Anexo G-2. Instalación de soporte para PLC.

Fuente: Manual de usuario (Micro máster 420 SIEMENS) 175

Anexo G-3. Instalación de soporte para PLC.

Fuente: Manual de usuario (Micro máster 420 SIEMENS).

176

Anexo G-4. Instalación de soporte para PLC.

Fuente: Manual de usuario (Micro máster 420 SIEMENS)

177

ANEXO H. INSTRUMENTOS DE CONSTRUCCION Y ASIGNACIÓN

Anexo H-1. Herramientas y dispositivos de construcción.

Fuente: Autor

Anexo H-2. Herramienta de asignación.

Fuente: Autor

178

ANEXO I. ADQUISICIÓN DE DISPOSITIVOS DE CONTROL

Anexo I-1. Dispositivos de control.

Fuente: Autor.

179

ANEXO J. PRODUCTOS ELABORADOS POR LA LINEA VICARS

Anexo J-1. Galletas producidas por línea VICARS

Fuente: Galletas Puig 180

ANEXO K. PLANOS ELÉCTRICOS Y ESTRUCTURALES

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