UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

“AUTOMATIZACIÓN A CELDA DE MANUFACTURA FLEXIBLE CONTROLADA CON PLC FC 440”

TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO

Que para obtener el título de: INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA

PRESENTA: MARTHA ESTRELLA RAMÍREZ GAYOSSO

DIRECTOR: MTRA. MARTHA EDITH MORALES MARTÍNEZ

XALAPA, VER.

2013

AGRADECIMIENTO Entrar a la Universidad es un paso para abrir nuestro futuro a mejores experiencias. Por ello para mí fue algo muy importante, un paso muy grande que mi camino ha de guiar.

El pensar en que este día llegaría siempre fue un sueño; sueño que se ha ido forjando día a día, con enseñanzas, valores, modales, cariño, pasión y amor por parte de las personas que no sólo me dieron lavida, sino que durante el transcurso de ella han estado incondicionalmente en cada instante de ella. Gracias por todo su esfuerzo que han puestoacompañándome en este paso tan importante en mi vida; este Trabajo Técnico Practico se lo dedico a ustedes mis padres y hermanos.

Y qué decir de mis asesores que con sus consejos y opiniones me

han

encauzado a culminareste proyecto.

Pero principalmente agradezco a la vida, la vida que nos forjamos nosotros mismos. La vida que moldeamos a nuestro gusto y nos da resultados hechos a la medida de cada esfuerzo.

Gracias.

INDICE AGRADECIMIENTO .............................................................................................................................. 3

INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 7

Capitulo 1 ........................................................................................................................................... 9 ESTACIÓN DE PROCESO ....................................................................................................................... 9 1.1

Descripción General............................................................................................................. 9

1.2 Piezas Mecánicas ................................................................................................................ 10 Chasis Rodante ...................................................................................................................... 10 Placa perfilada de aluminio ................................................................................................... 11 Perfil de montaje ..................................................................................................................... 12 Mesa giratoria de cuatro estaciones.................................................................................... 13 Perfil .......................................................................................................................................... 14 Canaletas para cables ........................................................................................................... 15 Rail de alas .............................................................................................................................. 16 Accesorios de sujecion para montar los sensores en los cilindros ................................ 17 Guia y soporte para el taladro .............................................................................................. 18 Otros accesorios ..................................................................................................................... 18 1.3 Equipo neumático ................................................................................................................ 19 Unidad de mantenimiento ..................................................................................................... 19 Cilindros de doble efecto ....................................................................................................... 21 Piston de sujeción .................................................................................................................. 22 Pistón de verificación ............................................................................................................. 23 Piston para el desplazamiento del taladro.......................................................................... 24 Tubo plastico ........................................................................................................................... 25 Válvulas de estrangulación ................................................................................................... 26 Racor rápido ............................................................................................................................ 27 Sileciador ................................................................................................................................. 27 1.4 Equipo electroneumático .................................................................................................... 28 Electroválvulas ........................................................................................................................ 28 1.5 Equipo eléctrico .................................................................................................................... 30 Terminal de entrada / salida ................................................................................................. 30

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Motor de mesa de idexacion rotativa................................................................................... 31 Taladro ..................................................................................................................................... 32 Relevadores ............................................................................................................................ 33 1.6 Equipo electrónico (sensores) ........................................................................................... 34 Sensores .................................................................................................................................. 34 Detector de proximidad electromagnético .......................................................................... 34 Sensores ópticos .................................................................................................................... 36 Sensores inductivos ............................................................................................................... 37

Capitulo 2 ......................................................................................................................................... 39 CONTROL LOGICO PROGRAMABLE (PLC) ....................................................................... 39 2.1 Definición............................................................................................................................... 39 2.2 Campos de aplicación ......................................................................................................... 40 2.3 Ventajas y desventajas del plc .......................................................................................... 41 Ventajas: .................................................................................................................................. 41 Desventajas: ............................................................................................................................ 41 2.4 Estructura de los plc´s......................................................................................................... 42 2.5 Componentes de hardware del plc ................................................................................... 42 Unidad central de proceso .................................................................................................... 42 Memorias de trabajo .............................................................................................................. 42 Modulo de entradas................................................................................................................ 43 Modulo de salida..................................................................................................................... 44 2.6 Modo de funcionamiento de un PLC ................................................................................ 46 Lectura de entradas ............................................................................................................... 46 Ejecución del programa de control ...................................................................................... 47 Escritura de salidas ................................................................................................................ 47 Tareas internas ....................................................................................................................... 48 Perro guardián (watch dog) .................................................................................................. 48 2.7 Manejo del PLC FC-440 de FESTO ................................................................................. 49 Entradas ................................................................................................................................... 49 Salidas ...................................................................................................................................... 49 Banderas .................................................................................................................................. 49 Temporizadores ...................................................................................................................... 50

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Contadores .............................................................................................................................. 51 2.8 Estructura de programación ............................................................................................... 53 Diagrama en escalera (“ladder diagram” ldr ó “kantakt” plan kop) ................................. 53 Lista de instrucciones (statement list o anweisungs liste awl) ........................................ 55

Capitulo 3 ......................................................................................................................................... 59 OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO ...................................................................................................... 59 3.1 Operación del equipo .......................................................................................................... 59 3.1.1 Reconocimiento del modulo E/S ................................................................................ 59 3.2 Diagrama neumático ........................................................................................................... 62 3.3 Diagrama eléctrico ............................................................................................................... 63 3.3.1 Diagrama eléctrico entradas ....................................................................................... 63 3.3.2 Diagrama eléctrico salidas .......................................................................................... 64 3.4 El PLC FC440....................................................................................................................... 65 3.5 Mantenimiento ...................................................................................................................... 66 3.6 Medidas de seguridad ......................................................................................................... 67

Capitulo 4 ......................................................................................................................................... 68 PROGRAMACIÓN EN LADDER DIAGRAM Y AWL, PUESTA A PUNTO ...................... 68 4.1 Descripción ........................................................................................................................... 68 4.2 Allocation list ........................................................................................................................ 70 4.2 Awl del programa normal .................................................................................................... 71 4.3 Awl para regresar C y avance............................................................................................ 73 4.4 Ladder diagram del organizador ............................................................................................. 75

CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 76

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................... 77

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INTRODUCCIÓN

En la actualidad la automatización juega un papel fundamental en nuestras vidas, ya que no hay máquina que no se pretenda manejar mediante procesos autómatas programables, por lo cual es fundamental conocer de estas tecnologías. Con la finalidad de obtener prácticas y conocimiento educativo se hace el trabajo practico técnico, con este se logra obtener practica del conocimiento adquirido durante la carrera. En este trabajo práctico técnico se hace una descripción física y funcional de “Automatización a celda de manufactura flexible controlada con PLC FC440” denotada en 4 unidades, las cuales comprenden: Capitulo 1: “Estación de proceso” En este apartado se describirá físicamente las piezas que conforman la estación de proceso, su funcionamiento y modo de operación.

Capitulo 2: “Control lógico programable (PLC)” En esta unidad se especificará el controlador lógico programable, concepto, características, ventajas, desventajas y las funciones que este ejecuta.

Capitulo 3: “Operación y mantenimiento” En esta sección se describe la forma en la que operan los elementos de la estación de proceso dando una explicación del funcionamiento con la ayuda de los diagramas neumático y eléctrico, también se dan unas recomendaciones para el mantenimiento, así como las medidas de seguridad con el fin de prolongar la vida útil del equipo, y la integridad física del usuario.

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Capitulo 4: “Programación en Ladder y AWL, puesta a punto” En esta unidad se presenta una propuesta de operación para la celda de manufactura flexible controlada con PLC FC440, diseño en ladder y AWL, así como la especificación en cada proceso. Se considera que la automatización es el uso de sistemas o elementos computarizados y electromecánicos para controlar maquinarias y/o procesos industriales sustituyendo a operadores humanos.

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Capitulo 1 ESTACIÓN DE PROCESO 1.1 Descripción General La estación de proceso es un equipo didáctico que tiene como fin simular un proceso de producción, este proceso es el maquinado de piezas, así como verificar que el proceso haya cumplido con lo especificado.

Esta estación de proceso es un conjunto de dispositivos mecánicos, neumáticos, eléctricos, electroneumáticos y sensores que están interconectados para lograr un adecuado funcionamiento en una tarea particular como lo es el procesado de piezas, para esto será necesario estudiar el equipo en general así como cada uno de sus componentes, con el fin de empezar a familiarizarse con este equipo. Industrialmente las estaciones de procesos son de gran utilidad en los procesos de manufactura industrial ya que facilitan el trabajo humano y es mejor porque se reduce el marguen de error en la producción.

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1.2 Piezas Mecánicas Chasis Rodante

Descripción El chasis móvil se utiliza para que la estación de proceso sea compacta y desplazable. La estación se monta fácilmente sobre la mesa, y también puede montarse la placa con el PLC. Los orificios laterales permiten un cableado ordenado. La parte frontal está provista de accesorios para el panel de control, además cuenta con cuatro ruedas que facilitan el desplazamiento del equipo.

Dimensiones Alto

750mm

Ancho

350mm

Fondo

700mm

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Placa perfilada de aluminio

Descripción La placa perfilada en aluminio anodizado, forma la base de este equipo de formación de FestoDidactic. Todos los componentes se fijan de forma segura en las ranuras de la placa perfilada. Hay ranuras en cada lado y si es necesario pueden montarse componentes en ambos lados. Cuenta con tapas laterales.

Dimensiones Dimensiones de retícula: Tamaño:

50mm.

350 X 700 mm

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Perfil de montaje

Descripción Perfiles de aluminio de 40cm de alto, fijados paralelamente y montados en la placa perfilada horizontal con el fin de sostener el cilindro que desliza el taladro para la perforación.

Dimensiones Alto

400mm

Ancho

32mm

Fondo

32mm

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Mesa giratoria de cuatro estaciones

Descripción Mesa circular de 260mm de diámetro con cuatro muescas en la parte superior donde se colocan las piezas que van a ser sometidas a un proceso de manufactura. Esta montado sobre una placa que lo levanta 180mm, distancia suficiente para poder colocar un motor de CD, que es el que hace girar la mesa ( o charola giratoria), cuenta también con un sensor óptico que verifica la presencia de la pieza a manufacturar. Esta mesa sostiene las piezas durante el mecanizado. Consta de cuatro estaciones y se posiciona por transferencia a la estación siguiente. Posiciones de la pieza 4

Dimensiones Diámetro

260mm

Alto

180mm

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Perfil

Descripción Perfil de aluminio para la sujeción de del cilindro verificador.

Dimensiones Alto

250mm

Ancho

32mm

Fondo

32mm

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Canaletas para cables

Descripción Canaletas que van fijadas a la placa perfilada, con ranuras laterales por las cueles entran y salen cables de esta. Oculta los cables y las uniones de estos.

Dimensiones Cantidad dos canaletas de cable de 340mm.

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Rail de alas

Descripción Mecanismos para fijar el modulo E/S, relevadores y el bloque de válvulas con la placa perfilada, así como para fijar las dos canaletas para ocultar los cables. Cuenta con accesorios de montaje para fijarlo a la paca perfilada.

Dimensiones Raíl DIN de 340mm.

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Accesorios de sujecion para montar los sensores en los cilindros

Descripción Los diferentes sensores de la estación de proceso necesitan mecanismos para fijarse en los cilindro, por lo que son requeridas las diferentes abrazaderas, estas son con las que cuenta la estación de proceso.

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Guia y soporte para el taladro

Descripción Esta guía está fijada en las partes laterales al perfil de montaje, y en el extremo se encuentra fijado el taladro. En el centro de los soportes paralelos se encuentra el pistón, que es el que le da movimiento a esta guía. Esta guía ayuda para no permitir que se produzca un giro en el pistón debido al movimiento generado por el taladro.

Otros accesorios

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1.3 Equipo neumático Unidad de mantenimiento

Diseño Filtro regulador con manómetro, válvula de interrupción y racores rápidos, montado en un soporte basculante. El vaso del filtro se haya protegido por una funda metálica. La unidad se monta sobre la placa perfilada por medio de tornillos Allen en mariposas.

Función El filtro con separador de agua elimina la suciedad, resto de oxigeno de los tubos y agua condensada. El regulador de presión, regula la presión de entrada a la presión de funcionamiento establecida y compensa fluctuaciones de presión. El vaso del filtro tiene una válvula de drenaje del condensador. La válvula de interrupción cierra y descarga el aire de todo el sistema. La válvula de 3/2 vías se acciona por un manguito deslizante.

Construcción Filtro sintetizado con depósito de agua y regulador. Caudal nominal

750 l/min

Presión de entrada

Máximo 1600 kPa (16 bar)

Presión de trabajo

Máximo 1200 kPa (12 bar)

Grado de filtración40 µm Capacidad del vaso

14 cm3

Presión de entrada

1000 kPa (10 bar)

Presión de funcionamiento

600 kPa (6 bar)

Presión diferencial

100 KPa (1 bar)

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Cilindros de doble efecto

La estación de proceso está provista con tres cilindros de doble efecto, de diferentes medidas, cada cilindro realiza una tarea específica dentro de esta estación. En la estación de proceso un cilindro de doble efecto tiene la tarea de sujetar la pieza a perforar, otro cilindro, el de mayor dimensión que es el encargado de mover verticalmente el taladro y así poder realizar la perforación, y el ultimo el más pequeño en dimensión es el encargado de verificar que la profundidad del barrenado sea la adecuada. Diseño Los tres cilindros de doble efecto tienen válvulas de estrangulamiento para poder regular la velocidad, el material del vástago como el de la camisa del cilindro son de acero inoxidable de aleación fina. Función El vástago del cilindro de doble efecto se invierte por medio de la alimentación alternativa de aire comprimido. La amortiguación en ambos extremos evita choques bruscos del embolo en las culatas. El campo magnético de un imán permanente unido al embolo, permite accionar interruptores de proximidad magnéticos. Características Construcción

embolo, vástago

Presión de funcionamiento

1 -10 bar

Forma de funcionamiento

Doble efecto

Fluido

aire seco, lubricado o sin lubricar

Temperatura de funcionamiento

-20 a 80 °C

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Piston de sujeción

Tiene como tarea fundamental sujetar la pieza durante el barrenado.

Características

Carrera

20mm

Diámetro del embolo

15mm

Energía del impacto en las posiciones finales

3.9J

Fuerza teórica con 6 bar, retroceso

97.2N

Fuerza teórica con 6 bar, avance

112.4N

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Pistón de verificación

Características Carrera

25mm

Diámetro del embolo

10mm

Energía del impacto en las posiciones finales

0.05J

Fuerza teórica con 6 bar, retroceso

39.6N

Fuerza teórica con 6 bar, avance

47.1N

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Piston para el desplazamiento del taladro

Descripción Este piston es montado entre las barras paralelas de la guía que se presenta a continuación, este evita que al efectuar el taladrado se produzca un giro en el piston.

Características Carrera

40mm

Diámetro del embolo

16mm

Energía del impacto en las posiciones finales

4,6 J

Fuerza teórica con 6 bar, retroceso

103.7N

Fuerza teórica con 6 bar, avance

120.6N

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Tubo plastico

Descripción Tubo plástico para la alimentación de aire comprimido a cada uno de los componentes neumáticos.

Características Diámetro exterior

6 mm

Diámetro interior

4 mm

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Válvulas de estrangulación

Descripción Frecuentemente es necesario sincronizar la velocidad del accionamiento con la construcción, esto significa lograr la velocidad adecuada del vástago. Esta regulación de la velocidad se realiza mediante válvulas de estrangulamiento en la entrada y escape del aire en los actuadores.

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Racor rápido

Descripción Esta pieza permite la conexión del tubo plástico con la unidad de mantenimiento y las electroválvulas. Uso múltiple con rosca y con recubrimiento de teflón autosellante.

Sileciador

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1.4 Equipo electroneumático Electroválvulas

Estas válvulas se utilizan cuando la señal proviene de un temporizador eléctrico, un final de carrera eléctrico, preostatos o mandos electrónicos. En general se elige el accionamiento eléctrico para mandos con distancias extremadamente largas y cortos tiempos de conexión. Las electroválvulas se dividen en mando directo y mando indirecto. La estación de proceso está compuesta por tres electroválvulas que hacen accionar los cilindros neumáticos. Este bloque de electroválvulas está formado por una electroválvula 5/2 biestable y dos electroválvulas 5/2 monoestables.

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A continuación se presentan los respectivos diagramas.

Fig. 1.21 a) diagrama de la electroválvula 5/2 biestable b) diagrama de la electroválvula 5/2 monoestable

Las electroválvulas invierten su conexión cuando se le aplica una señal a las bobinas del solenoide, cualquiera de estas válvulas pueden hacerse conmutar manualmente. Como se describe a continuación para cada inciso: a) Esta puede conmutar en ambos sentidos, pero solo uno a la vez, se deben energizar la bobina hacia el lado que queremos que conmute, pero la otra no debe estar energizada, de la misma forma para el regreso. b) que cuenta con una sola bobina, se hace conmutar energizando el solenoide de esta bobina o manualmente, esto lo hará conmutar pero únicamente en el tiempo que se esté aplicando la señal, una vez que desaparezca la alimentación en la bobina, esta regresará debido al muelle que se encuentra en su interior.

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1.5 Equipo eléctrico Terminal de entrada / salida

Cantidad 1 La terminal de entrada y salida disponen de LEDs para proporcionar una indicación del estado del circuito y para permitir una sistemática localización de dificultades. Esta terminal facilita la conexión e identificación de cada uno de los dispositivos que se encuentran conectados a este. La terminal E/S está montada en el raíl de alas. Terminales de entrada __________8 Terminales de salida ___________8

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Motor de mesa de idexacion rotativa

Motor de corriente directa que es el encargado de hacer girar la mesa de indexación. Está fijado a una placa debajo de la mesa y transmite el movimiento por medio de engranes, para reducir la velocidad. Datos técnicos del motor de CD. Tensión nominal

24 V

Velocidad nominal

3200 rpm

Corriente nominal

0,3 Amp

Potencia nominal

3, 31 W

Velocidad nominal

158 rpm

Par de arranque del motor

3,0 Nw.cm

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Taladro

Taladro de CD que es el encargado de hacer la perforación. Está fijado a una placa que le transmite movimiento vertical, provocado por un pistón, para ejecutar el perforado. Datos técnicos del taladro de CD. Tensión nominal

24 V

Velocidad nominal

3200 RPM

Corriente nominal

0,6 Amp

Potencia nominal

6,62 W

Par de arranque del motor

3,8 Nw.cm

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Relevadores

También conocidos como contactores, estos después de que reciben una señal eléctrica actúan para el encendido de los motores de la estación (motor de mesa giratoria y taladro) Cantidad 2.

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1.6 Equipo electrónico (sensores) Sensores

Los sensores son elementos que informan al órgano de mando del estado del sistema o de los eventos que suceden en él. Los sensores captan las señales necesarias para conocer el estado del equipo. Por su utilidad, los sensores ya son parte de la vida cotidiana, ya que hay sensores para cada tarea, los más comunes son los de posición, presión, temperatura, caudal, velocidad, aceleración, etc. Los sensores de posición suelen ser los más utilizados en el laboratorio de automatización, son basados en fenómenos eléctricos, magnéticos y ópticos. En la estación de proceso, los sensores utilizados son del tipo todo o nada, este tipo de sensor suministra una señal que solamente tiene dos estados, asociados al cierre o apertura de un contacto eléctrico, o bien a la conducción o corte de un interruptor estático como transistor o tiristor.

Detector de proximidad electromagnético Se aplican fundamentalmente en la detección de posición de cilindros neumáticos. El imán permanentemente fijado en el pistón del cilindro, satura con su campo magnético el núcleo de la bobina del detector. De esta forma se varía la corriente que circula por un circuito oscilante. Esta variación la detecta un circuito que la transforma en una señal de conmutación. El sensor tiene una señal de salida eléctrica, aunque reacciona a un campo magnético. La salida del sensor proporciona una señal binaria por lo que puede adoptar dos estados. El cuerpo del sensor es de forma cilíndrica y es montado sobre el pistón. Este tipo de sensor puede trabajar con CA o CD. Características: Cantidad 6 Principio de medición

magnético red

Indicación del estado

LED amarillo

Tiempo de desconexión

0.03 ms 34

Tiempo de conexión