DISE Ñ O E IMPLEMENTACI Ó N DE LA AUTOMATIZACI Ó N

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE LA AUTOMATIZACIÓN

DEL SISTEMA DE DOSIFICACIÓN DE GRÁNULO MINERAL EN COSTALES

DE 50 KILOS PARA LA EMPRESA IMBAPETREOS

Luis Fernando Salazar Botta

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO

• Gránulo mineral el cual se obtiene mediante la trituración de piedra volcánica.

DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE GRÁNULO A SER ENSACADO

DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE GRÁNULO A SER ENSACADO

SITUACIÓN ACTUAL DE LA PLANTA

Maquinaria activada mediante uso de contactores.

Flujo del material a ensacar variable.

Proceso de ensacado manual.

Control de la producción, por conteo de sacos producidos.

Alto esfuerzo físico para realizar el proceso.

Error en la medición.

Exposición a polvo por parte del obrero.

Ausencia de históricos sobre la producción mensual.

FALENCIAS DEL SISTEMA Y SOLUCIÓN

REQUERIMIENTOS POR CUMPLIR

El sistema debe ser capaz de soportar el peso del producto final ya ensacado sin perder las características normales de funcionamiento.

Refiriéndose a la alimentación la fábrica cuenta con acometida de 110 VAC y de 220VAC.

El valor de error debe ser mínimo, con una tolerancia máxima del 2%.

El sistema debe contar con alarmas.

Disminuir el tiempo del proceso de ensacado, aumentando la producción de la fábrica.

REQUERIMIENTOS POR CUMPLIR

SOLUCIÓN PROPUESTA

ENERGIZADO DEL SISTEMA

INICIO

COMPARACIÓN

BANDA DISPENSADORA SENSORAMIENTO

MECANISMO DE PASO DE

MATERIAL

COLOCACION DEL COSTAL

VALOR CORRECTO

ALMACENAMIENTO DE DATO

LIBERACIÓN DEL COSTAL

FIN

INGRESAR SET POINT

SI

NO

DESACTIVACIÓN

ACTIVACION

INICIO DOSIFICACIÓN

LIBERACIÓN DEL COSTAL

DIAGRAMA DE FLUJO DE LA MÁQUINA

TIPOS DE SENSORES DE PRESIÓN

CELDAS DE CARGA DE TENSIÓN Y COMPRESIÓN

CELDAS DE CARGA CON VIGA EN FORMA DE S

CELDAS DE CARGA DE COMPRESIÓN

CELDAS DE CARGA DE UN SOLO PUNTO

CELDAS DE CARGA DE FLEXIÓN DE VIGA

CONTROLADORES EMPLEADOS PARA APLICACIONES QUE INVOLUCRAN SENSORAMIENTO DE PESO

CONTROLADORES DEDICADOS CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES

JUSTIFICACION DE SELECCION DE EQUIPOS

Celda de Carga.Sensivilidad =2mV/VSeñal de salida, de voltaje o corriente, dependiendo del

trasductor.Dimensionamiento

Peso total= A + B + C + Tolerancia (3%)A: Peso de la tolva.B: Peso del sistema de sujeción.C: peso de un costal rebosando de producto.

Peso total = 15 +5 + 50 = 70 KgLa celda de carga UDB 7005, cuenta con carga máxima de 50 Kg, por lo que al usar 2 celdas de carga el peso de distribuye.


PLC KOYO DR06

16 entradas, 20 salidas (rele)Alimentacion 110VAC-220VACCapacidad de realizar cálculos matemáticos avanzados,

conversiones numéricas.Opción de entradas y salidas

analógicas, conexión a un HMI mediante el puerto serial.


Módulo de entrada analógica de 0-10V 12 Bits de resolución.

Número de entradas 4Rango entrada 0 a 5 VDC o 0 a 10 VDC

(seleccionable mediante jumper)Respuesta 10mSResolución 12 bit (de 0 a 4095)


Pantalla táctil EA1-S3MLWCuenta con una pantalla LCD de 3 pulgadas monocromática de 128 x 64 puntos.Tiene 5 botones físicos con funciones definidas por

el usuario y LED indicadores. Alimentación suministrado por el PLC.Funciones de botón, botón tipo switch,

luz indicadora, gráfico indicador, display numérico, entrada numérica, gráfico de barras y gráficos en tiempo real.

Diseño del Programa del MHI

Calibración Leer Monitoreo Configuración

Mediante un botón físico se puede regresar al menú principal.

IMPLEMENTACION

EQUIPOS USADOS (INSTRUMENTACION)

EQUIPOS USADOS (CONTROL ACTUADORES)

DIAGRAMAS ENTRADAS DEL PLC

DIAGRAMAS DE SALIDAS DEL PLC

DIAGRAMAS FUERZA

DIAGRAMAS CONEXIÓN DE LOS SENSORES

DIAGRAMAS NEUMÁTICO

DIAGRAMAS TABLERO DE CONTROL

DISEÑO MECÁNICO DEL MODELO

OBTENCIÓN DE LA PLANTA

90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 1003000

3100

3200

3300

3400

3500

3600

3700

3800

Grafica de la Planta a Controlar

Peso Lb

Unid

ades

PLC

90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 1007.407.607.808.008.208.408.608.809.009.20

Grafica de la Planta a Controlar

Peso Lb.

Volti

os

Presentacion de resultados

RESULTADOS.

En la tabla se puede observar el desempeño de la dosificadora, notándose una tendencia a mantener un valor promedio de 99.2 libras por saco ensacado, sin sobrepasar la tolerancia de 2%, los mayores picos se presentan con máximo de 100 libras, y con un mínimo de 98.3 libras. En el caso de ser necesario el sistema cuenta con calibraciones tanto mecánicas, como electrónicas que permiten mantener un valor constante en el set point.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 2697

97.5

98

98.5

99

99.5

100

100.5

Peso ensacado

Peso

Lb.

El promedio de tiempo en llenar un costal es de 4,64 segundos, variando este valor entre un costal y otro por la disposición del material dentro de la banda al momento de ser transportado de la tolva de alimentación hacia la tolva de llenado.

Teniendo en cuenta esta tabla se puede estimar que en un día de trabajo es posible encostalar cerca de 320 costales, de gránulo de las mismas características que él que se uso para la obtención de estos datos.

RESULTADOS.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 300

1

2

3

4

5

6

7

Tiempo de Dosificación por Costal

Tiem

po (s

)

Dentro de lo que se refiere al crecimiento de la producción, se puede realizar una proyección, calculando que el promedio de quintales producidos diariamente aumentaría en 153%.

Este incremento se presenta debido a que el tiempo de ensacado promedio por saco disminuyo, lo cual permite ensacar una mayor cantidad de material en la misma jornada de trabajo.

RESULTADOS.

Días0

50

100

150

200

250

300

350

Crecimiento de la Producción

Cost

ales

por

Día

En la figura se aprecia la presencia de un peso faltante de material en cada costal, se tiene un pico máximo de 1.8 libras por costal, el promedio de material sobre ensacado es de 0,4 libras, lo cual se traduce a 1.5 costales de material diarios, reduciendo de forma significativa la perdida de dinero para la empresa fabricante.

RESULTADOS.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 260

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

Peso faltante

Peso

Lb.

Costos del Proyecto

COSTOS DEL PROYECTO

Equipo Electrico/Electronico

PLC (Controlador Lógico Programable) Koyo DR06. 400

Módulo de entrada analógica de 0-10V 12 Bits de resolución. 80

Fuente de poder de 12VDC, 15W. 60

Fuente de poder de 24VDC, 60W. 70

Pantalla táctil de 3 pulgadas. 150

Celda de carga UDB 7005 (2) 200

Transductor de medición de peso KM 02 180

Cable para programacion 30

Cable usb-rs232 20

Gabinete de control 100

Reles 20

Contactor de 10A 30

Breaker 20

Porta fusibles 5

Borneras 15

Riel 5

Cable 30

Canaletas 5

Terminales 4

Cable de alimentacion 15

Conectores 20

Pulsadores y luces 30

Subtotal 1489

COSTOS DEL PROYECTO

Material Mecanico

2 Planchas de acero de 3 mm 180

Pernos, arrandelas, tuercas, brocas. 200

Chumaceras ejes banda 36

Chumaceras eje cuchara 20

Dobleces 140

Banda + binchas 102

Eje cuchara 17

Suelda 100

Perfiles 90

Subtotal 885

COSTOS DEL PROYECTO

Otros

cilindros 100

Motor 120

Manguera neumatica/teflon conectores 40

Mano de obra construccion 500

Subtotal 760

Total 3134

GENERACION Y ALMACENIMIENTO DE DATOS EN TABLAS

ACCESO DE PANTALLAS DE CONFIGURACION MEDIANTE CONTRASENA

CONCLUSIONES

Durante la implementación del proyecto se evidencio una mejora en el proceso productivo, ya que el disminuir carga física a los obreros, permitió desarrollar una planificación del trabajo que repercutió en el aumento de la capacidad productiva.

Se dedujo la factibilidad de cumplir con la tolerancia del 2% al utilizar equiposelectrónicos que puedan detectar pequeños cambios en los valores de peso, e introduciendo calibraciones en la acción de los actuadores.

Mediante los diseños en 3D, diagramas, simulaciones y dimensionamientos se pudo realizar una adecuada implementación. Logrando solucionar rápidamente fallas existentes en el momento de la puesta en marcha.

RECOMENDACIONES

Es recomendable utilizar sensores y transductores que brinden un rango de medición lo suficientemente amplio, para tomar acciones correctivas en el caso de presentarse problemas o cambios de los límites a ensacar.

Se debe considerar la comprobación de la calibración y de los valores que el sistema genera, el recomendable usar un peso referencial estándar para garantizar estos valores.

Se debe considerar el peso de los sistemas a ser implementados, además de la distribución de los mismos para su funcionamiento, para evitar cambios innecesarios dentro los procesos ya existentes.

Gracias

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