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AUTOMATIZACION DE UN ASERRADERO CON PLC TELEMECANIQUE Objetivos:

Diseñar un programa en lenguaje LADDER en el software PL7-2-17 del PLC TSX 17 22 012 de la marca Telemecanique.

Manejar y dominar las aplicaciones propias de este software y del PLC TSX 17 22 012.

Conocer las distintas características del PLC TSX 17 22 012.

Implementar una simulación a pequeña escala mediante una maqueta que describa los acontecimientos del proceso requerido.

1. INTRODUCCIÓN

TEORIA ASERRADERO

Un aserradero o serrería es una instalación mecanizada o artesanal dedicada al aserrado de madera.

Los aserraderos son industrias de primera transformación de la madera; proveen de productos semi-acabados que generalmente son destinados a una industria de segunda transformación (carpintería, ebanistería, construcción, etc.) encargada de fabricar objetos o partes de objetos de consumo.

Las primeras sierras mecánicas eran movidas por molinos; por lo que los aserraderos estaban situados tradicionalmente en las proximidades de los cursos de agua, los cuales también facilitaban el transporte de los troncos.

En los años XX comenzaron a utilizarse aserraderos móviles de modo que el campamento aserradero pudiera cambiar de posición, estos tenían movimiento propio gracias al calentamiento de agua dentro de sí para convertirlo en vapor (como los ferrocarriles). Luego de la baja en maderas nativas estos aserraderos que tenían costos muy altos de mantención y eran manejados por más de 12 personas, pasaron a ser los nuevos aserraderos que se utilizan en faenas de menor producción debido a la falta de madera nativa y que solo son manejados no más de 3 personas siendo este último el aserradero portátil.

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En la actualidad la mayoría de estas industrias forestales están constituidas en su

proceso de producción por máquinas como sierra principal y secundaria, sierra

múltiple, despuntadoras, desorilladoras, cepilladoras, machihembreadoras y

bolilladoras. Algunas de estas industrias están conformadas solo por una sierra

principal y otras máquinas, según la importancia para producir determinado

producto.

Tipos de aserraderos

Los dos tipos de aserraderos que pueden presentarse en esta industria son:

Instalaciones fijas Instalaciones móviles

Las instalaciones fijas (Figura. 1), son aquellas que tienen una ubicación permanente y por tanto todos sus elementos responden a esta idea. Sus ciclos de producción suelen ser completos, es decir, sus productos finales, entre otros, pueden ser los siguientes:

Tablón, en bruto Tablón canteado y retestado Tablón canteado, retestado y calibrado Tablón canteado, retestado, calibrado y clasificado Tablón canteado, retestado, calibrado, secado y clasificado.

Así como los mismos productos para la tabla, viga o viguetas. Su producción puede necesitar o no del escalón de reaferrado intermedio.

Las instalaciones móviles (Figura. 2), montadas sobre chasis pueden desplazarse hasta las mismas fuentes de abastecimiento de materias primas. Sus productos elaborados suelen ser generalmente tablones, tablas, viguetas y vigas en bruto. Generalmente necesitan de la industria reaserradora.

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La principal ventaja y el origen de las instalaciones móviles es que los residuos y desperdicios quedan en el mismo lugar de elaboración, y lo que se transporta en lugar de ser madera en rollo es producto elaborado o semielaborado, con la consiguiente economía de transporte. La integración de la industria aserradora con la de tableros de partículas anula, en un cierto porcentaje, esta ventaja.

Figura 1 Aserraderos permanente

Figura 2. Aserradero móvil horizontal.

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Características generales de la industria maderera

La industria de la madera comprende múltiples y disímiles procesos de trabajo, desde la tala de árboles hasta la producción de cajones, materiales para la construcción, pisos e incluso muebles; atravesando para ello varios procesos intermedios. Estas tareas representan riesgos para la salud y seguridad de los trabajadores, los cuales varían según los puestos de trabajo y las condiciones generales de los establecimientos productivos. Una primera distinción de importancia dentro de este sector de actividad está dada por el destino de la madera y los procesos productivos involucrados en su transformación. Así, mientras existen países que destinan la mayor parte de sus extracciones madereras directamente al combustible o carbón, otros las transforman para darles un uso industrial. Entre el proceso de trabajo consistente en la extracción de la madera y aquel que la modifica para su uso industrial, encontramos a los aserraderos. Estos reciben el insumo forestal y lo transforman para enviarlo, luego, al sector que ensambla las distintas partes o leda forma al producto terminado (carpintería). Las características de estos centros de trabajo varían de acuerdo a su desarrollo tecnológico y a su tamaño. De este modo, encontramos desde pequeñas serrerías fijas o portátiles, constituidas por una sierra principal, un carro porta troncos y una canteadora doble accionada por un motor dirigido por dos trabajadores; hasta establecimientos que emplean hasta 100 trabajadores, con áreas y maquinarias diferenciadas para cada proceso. En las serrerías modernas además de los operarios se suma toda una plantilla de técnicos de mantenimiento: trabajadores de limpieza, mecánicos, electricistas, entre otros. La maquinaria existente, su antigüedad y las dimensiones del establecimiento, determinan el tipo y tamaño de los troncos que se pueden procesar. También el clima y las peculiaridad desde la región inciden en que estos trabajos sean al aire libre o se desarrollen al interior de galpones La industria maderera ocupa mundialmente alrededor del 1% de la población

económicamente activa de cada país, según datos de la OIT. En la Argentina, según datos

de esta Superintendencia, la población comprendida por el Sistema de Riesgos del Trabajo

de la industria maderera alcanzaba al año 2004 la cifra de 27.429 trabajadores, tal como

se puede observar en el Cuadro Nº 1, lo que representa el 0,51% del total de los trabajadores

cubiertos por el sistema para este período.

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2.- PROBLEMA DE LOS ASERRADEROS El principal problema en las empresas aserradoras es que debido a las demandas actuales de madera cada vez se necesita de mayor maquinaria tanto para la recolección como para el proceso de cortado de la madera además también tendría que incrementarse el personal capacitado debido a esto es que es necesario que cada vez se actualice todo el proceso haciendo que el proceso de conversión de un árbol a una barra de madera sea cada vez más rápido y eficiente. Además es necesario adecuar los sistemas de cortado para cada situación y ecosistema es por eso que es necesario encontrar un método por el cual todo el proceso sea fácilmente manipulable y también que se pueda controlar de manera automática, esto reduciría el personal y mejoraría la eficiencia del producto final. En la actualidad se puede comprar un maquina cortadora en la que se puede introducir un programa para indicarle las características de los trozos de la madera, entonces lo que se necesita es que exista un sistema de control general que controle a esas máquinas y a todas las demás haciendo que el aserradero sea lo más eficiente y automático posible. 3. PROYECTO DE PROGRAMACIÓN DEL PLC TSX1720 Control de una maquina cortadora de barras En el siguiente proyecto hemos diseñado un programa que controle una máquina para aserrar barras las cuales tienen que ser cortadas en partes iguales, la maquina se compone:

Un tornillo móvil M montado sobre un carro. El tornillo de banco apretado permite el traslado de la barra por medio del carro dirigido por el motor T.

De un tornillo de banco F fijo que inmoviliza la barra en el momento del aserrado.

De una sierra accionada en rotación por el motor MSC y cuya bajada esta mandada por el cilindro S

Para aserrar las longitudes de barras más grandes, el traslado se repite dos veces antes del corte. La orden del aserrado está condicionada por el estado activo de la etapa 11 de un segundo GRAFCET que evoluciona al efectuarse la segunda medida de longitud. Las condiciones de comienzo de ciclo son:

Autorización comienzo de ciclo (I0,0).

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Sierra en condición alta.

Apriete de la barra por el tornillo fijo.

Carro en posición izquierda. A continuación se observa una imagen en donde se aprecia el esquema general de la maquina serradora con todos los motores y los sensores que usaremos:

Procedemos a explicar cada uno de ellos :

motores

1. Motor S:

Este motor es el encargado de mover la sierra de arriba hacia abajo para asi poder cortar la madera los sensores encargados de controlar este movimiento son los sensores SH y SB y es controlado por la salida O0,5 del PLC TSX1722 012.

el motor que se podría usar sería un motor eléctrico brushless DC FL42BLS04,los principales parametros de este motor son:

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Output power, W: 105 Rated speed, rpm: 4000 Speed range, rpm : 400 - 4000 Rated torque, kgf*cm : 2.5 kgf*cm (0.25 N*m) Maximum torque, kgf*cm: 7.5 kgf*cm (0.74 N*m) Voltage, VDC: 24 Maximum current, Amp: 20 Torque constant, N*m/A: 0.0355 Line-to-line resistance, Ohm: 0.3 Line-to-line inductance, mH: 0.5 Rotor inertia, g*cm2: 96 Motor mass, kg: 0.8 Suitable brushless controllers: BLD-20, BLSD-20

2. Motor MSC: Este motor es más que un motor porque lleva en su eje una sierra cortadora entonces este motor es de alta potencia y también de alta durabilidad porque va estar encendido la mayor parte del tiempo, en el programa se activa y se desactiva por la salida O0.7 del PLC TSX1722 012.el motor (sierra) a usar seria el motor eléctrico asíncrono con freno dc delphi at series (AT24) cuyas características principales serian:

Los motores autofrenantes serie delphi atdc, at24, attd y attd24 prevén el empleo de frenos a presión de resortes alimentados con corriente continua, sólidamente fijos en un escudo de hierro fundido en la parte posterior del motor. En ellos se montan de serie distintos dispositivos, que generalmente se consideran opcionales en otras marcas, como por ejemplo:

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o la palanca de desbloqueo manual, que consiente el desbloqueo del freno y la posibilidad de maniobra en ausencia de alimentación,

o termoprotectores bimetálicos pto sumergidos en el bobinado de los motores hasta la talla 132 y termistores ptc desde la talla 160 en adelante

o la fácil alimentación separada del freno en el caso que el motor esté alimentado por inverter. los rectificadores de los motores atdc y attd están provistos, en efecto, de caja de bornes para esta finalidad, mientras que los at24 y attd24 están dotados de frenos a 24v a fin de que las salidas 24v separadas puedan alimentarlos; la mayor parte de los inverter están dotados de estas salidas.

o A pedido, es posible silenciar los frenos.

3. Motores F y T: Estos motores son idénticos al motor del apartado 1 (motor eléctrico brushless DC FL42BLS04) y la función del motor T es de mover la barra mediante un carro móvil para que cuando se haya cortado la madera se pueda volver a cortar otro pedazo y cuando se haya cortado toda la madera retroceda hasta el comienzo; el motor F solo se encarga de ajustar la madera para que cuando pase la sierra MSC y luego se desajusta para que pase el siguiente trozo, están controlados por las salidas:

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F izquierda (O0,6) para que retroceda. Fderecha (O0,2) para que avance y

está controlado por el sensor Fs. T derecha (O0,1) para que avance el

carril móvil hasta el sensor td. T izquierda (O0,4) para que retroceda

hasta el sensor tg.

4. Motor M: Este motor es el encargado de ajustar la barra permanentemente hasta que la barra se haya cortado completamente es por eso tiene que tiene ser un motor especial, por eso se ha pensado en un motor con retorno el cual se ajustaría mietras este activa la salida que lo controla y cuando se desactiva dicha salida regresara a su posición inicial; la salida encargada de activar este motor es (O0,0) y es controlada por el sensor MS . Para lograr existen dos métodos:

El primero consiste en activar un motor dc mediante un driver (un circuito que haga la función de avanzar y retroceder con el mismo comando) el diseño del circuito es sencillo solo tendría que adecuarse para el voltaje del motor.

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Mediante un motor paso a paso al cual se le de órdenes de moverse y ponerse en tal posición y después regresar a la posición inicial usando solo una salida del PLC; el principal problema es que PLC TSX1722 012no cuenta con un sistema para controlar esta clase de motores por ese motivo es que optamos por usar la primera opción.

4. PROGRAMA: El programa se diseñó para el PLC TSX1722 012 y se encarga de controlar todos los motores para que la maquina cortadora trabaje de forma automática hasta que la barra se haya cortado completamente después de eso es necesario volver a colocar otra barra (por agentes externos fuera del alcance del proyecto) la cual al ser puesta se volverá a activar el sistema para que corte la barra también de manera uniforme y automática. Cabe señalar que se usaron las 8 salidas indicadas en el proyecto y también se usaron 11 entradas

A continuación se muestran algunas imágenes del cableado y acabado de la presente

maqueta.

Imagen panorámica de la Maqueta

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Conexiones para las entradas (azul) y salidas (negro).

Conexiones de la maqueta al PLC TSX 20 012

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Presupuesto para la Maqueta

Descripción Costo x unidad Cantidad Gasto

Plancha de cartón grueso

S/3.00 3 s/9.00

Plancha cartulina s/1.50 1 S/1.50

Led’s s/0.20 8 s/1.60

Interruptores s/1.00 8 s/8.00

Pulsadores s/2.00 3 s/6.00

Conectores tipo banana hembra

s/0.50 21 s/10.50

Conectores tipo banana macho

s/0.50 42 s/21.00

Cable para las conexiones x metro

s/0.60 10 s/6.00

Total s/63.60

A continuación se presenta el programa diseñado en el programa twido versión 2.3

(programa oficial de la empresa telemecanique) el cual es el mismo usado en el

compilador del PLC TSX17 22012:

(El programa se imprime en pdf y luego se adjunta aquí)

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5. CONCLUSIONES -Podemos concluir que actualmente ya no es necesario una gran cantidad de operarios en este proceso debido a que un PLC podría a reemplazar a muchos de ellos. -El proceso de cortado de madera que inicialmente era de manera artesanal se puede automatizar en este caso a través de un PLC. -Logramos implementar un programa (diagrama LADDER) que en gran medida se ajusta a los requerimientos deseados y planteados en el presente problema (aserradero). -Aprendimos a manipular algunas de las aplicaciones del PLC las cuales nos ayudaron a llevar a cabo nuestro programa. -Conocimos las características del PLC TSX 17 22 012 a través de lo explicado en laboratorio y de su HOJA DE DATOS. -Usando la maqueta elaborada logramos reproducir el proceso de nuestro aserradero simulando las salidas por intermedio de LED’s los cuales indican el funcionamiento de los motores. 6. OBSERVACIONES -Para esta solución se consideró para el caso de la simulación de los sensores usar interruptores los cuales siguen una secuencia la cual debe tener el orden del proceso. -Una vez terminada de cortar cierto bloque de madera, para ser sustituido se debe realizar por factores externos ya que esto escapa a la programación. -En nuestro caso nuestra parada de emergencia no cuenta con un señalizador (LED) pues ya no contábamos con más salidas para su señalización. -En el caso del motor MSC si por cualquier razón este tuviese una falla, una solución distinta a la de activar la “parada de emergencia” seria usar el pare manual con el que cuenta este motor descrito anteriormente. -El desajuste del motor M al finalizar el corte completo de la madera no se puedo reproducir ya que solo contábamos con 8 salidas. -En el caso de nuestro problema esté cuenta con una memoria de programación de 24Kb lo cual hace algo lenta la transferencia a la hora de correrlo.

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7. RECOMENDACIONES -Como se trata de motores de alta y baja potencia y más aún del uso de la sierra en MSC se debe tener las precauciones necesarias para evitar accidentes no deseados. -Se recomienda también este uso para aserraderos de baja envergadura pues como se mencionó antes el proceso nos en toda su totalidad automático 8. BIBLIOGRAFIA