ESCUELA POLITCNICA DEL EJRCITO

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  • ESCUELA POLITCNICA DEL EJRCITO

    DEPARTAMENTO DE ELCTRICA Y ELECTRNICA

    CARRERA DE INGENIERA EN ELECTRNICA,

    AUTOMATIZACIN Y CONTROL

    PROYECTO DE GRADO PARA LA OBTENCIN

    DEL TTULO EN INGENIERA

    DISEO E IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE CONTROL AUTOMTICO PARA LA EMPACADORA

    VOLUMTRICA DE LA EMPRESA MAN MANA

    AUTOR:

    JOS FRANCISCO RODRGUEZ ACARO

    SANGOLQU ECUADOR

    2007

  • II

    CERTIFICACIN

    Certificamos que el presente proyecto fue realizado en su totalidad por el seor

    Jos Francisco Rodrguez Acaro, como requisito parcial para la obtencin del

    ttulo en INGENIERA ELECTRNICA.

    Ing. Hugo Ortiz. Ing. Vctor Proao.

    DIRECTOR CODIRECTOR

  • III

    AGRADECIMIENTO

    Agradezco a Dios por darme la vida todos los das. A mi madre por ser la persona

    quien siempre estuvo apoyndome, brindndome seguridad y cario para seguir

    adelante. A mi hermano por su apoyo incondicional. A mis amigos, con quienes

    aprend a superar las duras tareas de la carrera. A mis maestros, que me guiaron

    el camino.

  • IV

    DEDICATORIA Le dedico todos los das de esfuerzo y sacrificio que me ayudo a llegar a estar aqu, a la persona ms importante de mi vida a quien amo y respeto mi madre.

  • V

    PRLOGO

    Para el desarrollo de la industria en el Ecuador es necesario la optimizacin de

    sus procesos de produccin, donde la industria podr posicionarse en el mercado,

    mantenerse y marcar la diferencia siempre que se realice la inversin en mano de

    obra profesional que sea capaz de realizar el mejoramiento de los procesos

    industriales a travs de la automatizacin. El desarrollo tecnolgico que ha

    experimentado la electrnica ha permitido la fabricacin de una gran gama de

    autmatas programables llegando a ser aprovechados en muchos campos.

    La realizacin de este proyecto en la empresa Man Mana consisti en

    implementar en la empacadora volumtrica un nuevo sistema de control, para el

    desarrollo de la automatizacin fue seleccionado el PLC ya que ofrece la facilidad

    de integrar los elementos y dispositivos que componen el equipo, lo cual era

    imposible con el sistema de control antiguo compuesto por placas de circuitos

    impresos que limitaba su mejoramiento.

    La integracin del PLC permitir encontrar soluciones sencillas, minimizar el

    nmero de componentes y mejorar los tiempos de respuestas en el desarrollo del

    sistema de control.

    La realizacin del proyecto incluye el diseo del sistema de control, el

    desarrollo necesario para su implementacin y el anlisis econmico respectivo.

  • VII

    NDICE

    CERTIFICACIN IIAGRADECIMIENTO IIIDEDICATORIA IVPRLOGO VINDICE VI CAPTULO I INTRODUCCIN 11.1 TIPOS DE EMPACADORAS. 1

    1.1.1 Empacadora tipo manual. 31.1.2 Empacadora tipo semiautomtica.. 41.1.3 Empacadora tipo automtica 5

    1.2 CARACTERSTICAS DE LA EMPACADORA VOLUMTRICA DE MAN MANA. 81.3 COMPONENTES BSICOS DE LA EMPACADORA VOLUMTRICA.. 12

    1.3.1 Cilindro de doble efecto 131.3.2 Electrovlvula 5/2.. 151.3.3 Sistema de produccin del aire comprimido.. 171.3.4 Motorreductor. 191.3.5 Vibrador electromagntico 201.3.6 Controlador de temperatura. 211.3.7 Rels 221.3.8 Sensores. 24

    1.4 MATERIAL DE EMPACADO.. 26 CAPTULO II DISEO ELCTRICO. 292.1 DESCRIPCIN GENERAL. 292.2 PLANOS.... 332.3 DIAGRAMAS Y PROTECCIONES. 402.4 EQUIPAMIENTO... 42 CAPTULO III DISEO DEL HARDWARE DE CONTROL... 453.1 ACONDICIONAMIENTO DE SEALES.. 45

  • VIII

    3.2 SISTEMA DE CONTROL... 523.3 SISTEMA DE POTENCIA.. 54 CAPTULO IV DESARROLLO DEL SOFTWARE DE CONTROL 554.1 ASIGNACIN DE ENTRADAS Y SALIDAS. 554.2 PROGRAMACIN... 58 CAPTULO V IMPLEMENTACIN 625.1 MONTAJE FSICO... 625.2 PUESTA EN MARCHA....... 67 CAPTULO VI PRUEBAS Y RESULTADOS 696.1 PRUEBAS. 696.2 ANLISIS DE RESULTADOS 71 CAPTULO VII ANLISIS ECONMICO... 727.1 PRESUPUESTO.. 727.2 ANLISIS COSTO-BENEFICIO. 75 CAPTULO VIII CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 798.1 CONCLUSIONES. 798.2 RECOMENDACIONES 80 REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ANEXOS Anexo 1: Controlador de temperatura OMRON Anexo 2: Caractersticas del sensor optoelctrico tipo horquilla marca SICK Anexo 3: Caractersticas del sensor optoelctrico marca OMRON Anexo 4: Diagramas de diseo del sistema de control y potencia Anexo 5: Programacin en Ladder

  • Captulo I: Introduccin 1

    CAPTULO I

    INTRODUCCIN

    1.1 TIPOS DE EMPACADORAS

    Todos los fabricantes en el mundo necesitan cumplir estndares de

    desempeo, y elevadas normas de calidad de sus productos para que los

    resultados sean satisfactorios para el consumidor final, quien ser el que

    determine el grado de satisfaccin al utilizar un producto.

    Los productos elaborados manualmente involucran realizar actividades

    repetitivas que generan altos costos de fabricacin, tiempos de respuesta

    elevados y un bajo control de calidad.

    A principios de la Revolucin Industrial1, el operario era el encargado de

    manipular las variables de un proceso tales como presin, temperatura, el nivel, la

    posicin, la velocidad, etc., mediante la utilizacin de equipos mecnicos,

    neumticos o elctricos tales como vlvulas, interruptores on-off, termmetros,

    etc., consecuentemente se poda realizar un control manual en mucho de los

    casos, por la simplicidad de los procesos.

    En la actualidad existe una amplia variedad de sistemas y procesos en los

    cuales se opera con una mnima o sin intervencin humana, ya que existen

    controles modernos, que mediante la utilizacin de sensores son capaces de

    manipular las variables de su entorno como temperatura, volumen, presin,

    corriente elctrica, etc., permitiendo a los equipos realizar ajustes en su estructura

    y poder manipular estos cambios, a lo que se define como automatizacin2.

    1 La industria se transform gracias a dos cambios decisivos: la mecanizacin del trabajo y la aplicacin del vapor a las nuevas mquinas 2 Ortiz Hugo, Instrumentacin y Sistema de Control, ESPE, 1998

  • Captulo I: Introduccin 2

    El desarrollo de los sistemas de automatizacin, libera al hombre de una

    presencia permanente en el proceso y le permite dedicarse a la labor de

    supervisin y anlisis de dichos sistemas, teniendo en cuenta que el principio de

    una automatizacin ajusta sus operaciones en respuesta a los cambios de

    condiciones externas en funcin de tres tareas: medicin3, evaluacin4 y control5.

    Las empresas necesitan ser 100% competitivas en su produccin y respuestas

    al consumidor, el cual demanda productos de mayor calidad, envase,

    presentacin e higiene, siendo necesario la inversin de las empresas en

    maquinaria para el procesamiento y envasado.

    La integracin de la empacadora en las lneas de procesamiento ofrece a la

    industria ya sea sta qumica, de alimentos y lcteos, de bebidas, de la confitera,

    de snack entre otras, nuevas ideas para empaquetar sus productos, adems

    obliga a buscar soluciones para el rea de empaque, que garanticen el correcto

    empaquetado, presentacin del producto, seguridad y calidad, que adems de ser

    vitales para atraer al pblico consumidor puedan ser competitivos en el mercado

    tan diverso de las industrias.

    El desarrollo de la tecnologa ha generado tres tipos de empacadoras de

    acuerdo al tipo de control que estas realizan que son: empacadoras de tipo

    manual, empacadoras de tipo semiautomticas, y empacadoras de tipo

    automticas. A su vez su dosificacin puede ser por volumen con los vasos

    volumtricos, por peso con un multicabezal siempre que sean productos slidos y

    libre flujo, y en el caso de productos lquidos, productos en polvo su variante esta

    dada por el sistema de dosificacin.

    3 El sistema automatizado est apto para medir cambios fsicos mediante una retroalimentacin (Feedback) 4 Se evala si una accin debe ser llevada a cabo o no 5 Es la accin resultante, pero un sistema puede involucrar mas de un lazo de control (Control loop)

  • Captulo I: Introduccin 3

    1.1.1 Empacadora tipo manual

    En este tipo de mquinas el control se lo realiza mecnicamente ya sea

    mediante un pedal o una palanca. Previamente es necesario realizar los ajustes

    del control de temperatura de las niquelinas mediante un potencimetro, lo cual se

    realiza de acuerdo al material de empaque y su espesor, adems la dosificacin

    se la realiza manualmente siendo necesario pesar previamente.

    La construccin del dosificador de la empacadora manual generalmente est

    inclinada, lo cual permite que el producto descienda fcilmente sobre la lmina de

    termoplstico preformada, siendo alimentado manualmente con el gramaje

    requerido para finalmente ser sellado, como se puede ver en la figura 1.1.

    Figura 1.1. Empacadora manual con lmina preformada

    Para las empacadoras manuales existe una amplia gama de lminas de

    termoplstico preformada de acuerdo a la necesidad del cliente, pero tambin

    existen fundas ya formadas de diversos materiales, que se pueden usar en el

    mismo equipo o en otro con pequea variantes como se puede apreciar en la

    figura 1.2.

    Figura 1.2. Empacadora manual con fundas terminadas

  • Captulo I: Introduccin 4

    1.1.2 Empacadora tipo semiautomtica

    Estos equip