Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería 

Mecánica y Eléctrica

Propuesta de Control Para Una Prensa Excéntrica De Mesa Fija Con Transmisión de

Engranajes y Sistema Hidráulico De

Sobrecarga. 

Autores:

• Cesar Miguel López González. • Roberto Ríos Martínez. • Rolando Manuel Martínez Cruz. 

Asesores

• M. en C.  Ivonne Cecilia Torres Rodríguez • Dra.  Blanca Margarita Ochoa Galván 

México DF,  Noviembre 2009

ÍNDICE GENERAL Objetivo

Justificación

Capitulo 1 Antecedentes

1.1 Prensa 1.2 Tipos De Prensas.

1.2.1 Prensa Mecánica 1.2.2 Prensa Hidráulica

1.3 Tipos De Principales De Prensas Y Clasificación 1.4 Troqueles. 1.5 Formas De Troquelar

1.5.1 Cizallado 1.5.2 Mortajado. 1.5.3 Niblado. 1.5.4 Perforación. 1.5.5 Punzonado.

1.6 Controladores Lógicos Programables (Plc). 1.6.1 Descripción Y Funcionamiento De Un Plc. 1.6.2 Campos De Aplicación Del Plc. 1.6.2.1 Ejemplos De Aplicaciones De Un Plc 1.6.3. Estructura De Un Controlador Lógico Programable.

1.7 Neumática 1.7.1 La Ley De Los Gases Ideales 1.7.2 Cilindro Simple Efecto. 1.7.3 Unidades De Mantenimiento

1.8 Válvulas 1.8.2 Electroválvula 1.8.3 Clases Y Funcionamiento 1.8.4 Válvula Anti-Retorno 1.8.5 Válvula De Compuerta

Capítulo 2 Características mecánicas 2.1 Descripción de funcionamiento.

2.2 Datos Técnicos.

2.3 Dispositivo Hidráulico Para Sobrecarga.

2.4 Freno Y Clutch.

2.5 Freno Y Volante.

2.6 Freno Del Volante.

2.7 Motorización.

2.8 Condiciones Para El Funcionamiento De La Prensa.

2.9 Definición De Problema

Capítulo 3 Desarrollo de propuesta de control y diseño

3.1 Enfoque De La Propuesta. 3.1.1 Localización De La Empresa

3.1 Diagramas De Conexión 3.2.1 Diagrama Eléctrico Del Motor Trifásico 3.2.2 Diagrama Neumático 3.2.3 Diagrama Hidráulico De Sobre Carga 3.2.4 Diagrama De Conexión De Relevador De Control Maestro

3.2 Selección De Materiales. 3.3.1 Encoder. 3.3.2 Selección De Encoder.

3.4 Selección De PLC (Twido - Telemecanique) 3.5 Sensor Infrarrojo Tipo Barrera 3.6 Material Para Conexiones Y Tuberías.

3.6.1 Botoneras 3.6.2 Tubo Galvanizado

3.7 Equipo Para Montar El PLC. 3.7.1 Accesorios De Conexión Y Montaje

3.8 Programación 3.8.1 Diagrama De Escalera 3.8.2 Hoja De Direccionamientos

Capítulo 4 Costos

Capítulo 5 Conclusiones

INDICE DE FIGURAS.

FIGURA 1.1 Punzón y la matriz.

FIGURA 1.2 Ciclo del PLC.

Figura 1.3 Estructura de un controlador.

Figura 1.4 Partes de un piston de simple efecto.

Figura 1.5 Electro-valvula.

Figura 1.6 Válvula anti-retorno.

Figura 1.7 Alimentación A Descarga

Figura 1.8 Válvula de compuerta en sistema de agua caliente

para uso doméstico.

Figura 2.1 Prensa excéntrica.

Figura 2.2 Clutch

Figura 2.3 Freno de emergencia.

Figura 2.4 Sistema de lubricación.

Figura 2.5 Sistema de lubricación y sistema de sobrecarga.

Figura 2.6 Clutch del volante.

Figura 2.7 Motor trifásico.

Figura 2.8 Platinos

Figura 3.1 Tipos de encoder.

Figura 3.2 Encoder rotativo.

Figura 3.3 Dimensiones del encoder rotativo.

Figura 3.4 Encoder rotativo tipo rueda.

Figura 3.7 PLC twido

Figura 3.8 Sensor de barrera.

Figura 3.9 Diseño

Figura 3.10 cable

ÍNDICE DE TABLAS.

TABLA 1.1 Tamaños Y Capacidades Nominales De Las Prensas De Tipo Estándar.

Tabla 1.2 Función De Las Válvulas

TABLA 1.3 Construcción De Válvulas

TABLA 3.1 Especificaciones De Sensor De Barrera

TABLA 3.2 Se Muestra El Modelo Botoneras

Tabla 3.3 Direccionamientos De Entradas Al PLC

Tabla 3.4 Direccionamiento De Salidas Del PLC

Tabla 3.5 Tabla De Costos De Materiales

ÍNDICE DE DIAGRAMAS.

Diagrama 3.1 Conexión Eléctrica

Diagrama 3.2 Diagrama Neumático

Diagrama 3.3 Diagrama de seguridad hidráulico

Diagrama 3.4 Relevador de control maestro

OBJETIVO

Mediante este trabajo se pretende realizar una propuesta de

control para una prensa excéntrica de mesa fija con transmisión

de engranajes y dispositivo de sobrecarga hidráulica y así dar

solución a problemas relacionados a situaciones anormales de

funcionamiento implementando sensores y PLC (Controlador

Lógico Programable).

JUSTIFICACIÓN

Este tipo de maquinas fue de las más comunes de la industria

troqueladora pero por ser un equipo costoso y pesado no se

planea actualizar o adquirir equipo nuevo ya que su producción

y rendimiento son buenos aun con los problemas que se

presentan, tales como:

• No existen controles a pasos

• Existen paros momentáneos en la operación de rutina

teniendo así tiempos muertos.

• En las secuencias no existe un monitoreo total del proceso

de la prensa.

Con la eliminación de los puntos mencionados se pretende

mejorar la eficiencia de la producción, tendrá mayor rendimiento

tanto para el productor como para el cliente esto tendrá como

consecuencia la actualización de equipo antiguo y evitara

generar un fuerte gasto con la adquisición de equipo nuevo.

Capitulo 1

Antecedentes

2 

Capítulo 1.- Antecedentes

En la industria metal mecánica se encuentran maquinaria las cuales en su mayoría está fabricadas con materiales metálicos, aunque también llevan partes hechas de materiales polímeros como las que se encuentran en los tableros de control, o en los botones de encendido. Dentro de dichas maquinas se mencionarán algunas como lo son: afiladoras, cizallas, cepillos, dobladoras de láminas, fresadora horizontal-vertical, prensas de fricción, tomos, punzonadoras, taladros, etc.

Hasta ahora, la industrial metal mecánica es una industria en la cual los materiales metálicos y polímeros predominan en la fabricación de maquinas, aunque también estas máquinas son utilizadas para fabricar herramienta, como son tornillos, piezas de metal, tuercas, etc. La industria metal mecánica es una industria muy grande pues los distintos productos sacados de la misma son empleados para la fabricación de herramientas, así como también, para la fabricación de nuevas máquinas que día a día van evolucionando y haciendo cada vez más cómodo el trabajo diario, así también la vida misma.

1.1 Prensa

Las primeras prensas de balancín, fueron diseñadas por Leonardo de Vinci, se utilizaban para perfeccionar justamente el acuñado de moneda, realizado hasta entonces a golpe de martillo. El principio de Pascal, base teórica de la prensa hidráulica, y la aparición de las prensas de fricción y de excéntrica a mediados del siglo XIX, es lo más relevante en el desarrollo de la tecnología moderna del prensado de metales.

3 

La maquinaria utilizada para la mayoría de las operaciones de trabajo en frio y algunos en caliente, se conoce como prensa. Consiste de un bastidor que sostiene una bancada y un ariete, una fuente de potencia, y un mecanismo para mover el ariete linealmente y en ángulos rectos con relación a la bancada.

Una prensa debe estar equipada con matrices y punzones diseñados para ciertas operaciones específicas. La mayoría de operaciones de formado, punzonado y cizallado, se pueden efectuar en cualquier prensa normal si se usan matrices y punzones adecuados

Las prensas tienen capacidad para la producción rápida, puesto que el tiempo de operación es solamente el que necesita para una carrera del ariete, mas el tiempo necesario para alimentar el material. Por consiguiente se pueden conservar bajos costos de producción.

Las prensas tiene una adaptabilidad especial para los métodos de producción en masa, como lo evidencia su amplia aplicación en la manufactura de piezas para automóviles y aviones, artículos de ferretería, juguetes y utensilios de cocina.

Para seleccionar una prensa que este dentro de los parámetros que necesitamos para un trabajo continuo o trabajo de un solo golpe, además de elegir el tipo de máquina, se toma en cuenta los golpes por minuto y las presión que se desea podemos utilizar como guía la tabla 1.1.

4 

Tabla 1.1

Tamaños y capacidades nominales de las prensas de tipo estándar *

Tonelaje nominal

Golpes por

minuto

Longitud de

carrera (en plg)

Altura al punto

inferior de la

carrera(en plg)

Área de la

bancada (en plg)

Inclinables (con

engranaje) 25­200 55 ­32 2.1/2­12 6.1/2­

30.3/4 10x6.3/4­ 58 x 34

De montantes Simple efecto 100­2500 50­18 4 ­ 32 18 ­46 24 X 30 ­

228 X108 Doble efecto 250­2000 14­8 21 ­42 56 ­ 64 36 X 42 ­

288X108 150­1200 14 ­32 46 ­54

Mecanismo Por La Parte Inferior

Simple efecto 400­1250 25 ­15 16 ­36 52 – 84 84X60 –

200X 100 Doble efecto 500­1600 15­10 20 ­42 64 – 86 84X60­

144X96 300 ­700 16­32 54 ­76

Velocidad 25­ 800 600 ­30 1 ­8 11­32 14X7­ 96X32

*Para estandarizar el tamaño y la capacidad nominal de las prensas para una mayor conveniencia en la fabricación de matrices y en la aplicación de los accesorios y aditamentos de las mismas, los directores de las industrias de la fabricación de prensas y del troquelado han establecido especificaciones básicas arbitrarias para varios tipos de prensas

5 

1.2 Tipos De Prensas 1

No es muy correcto llamar a una prensa, prensa dobladora, prensa de repujado o prensa cortadora, entre otras, pues los tres tipos de operaciones se pueden hacer en una máquina.

A algunas prensas diseñadas especialmente para un tipo de operación se le puede conocer por el nombre de la operación, prensa punzonadora o prensa acuñadora.

1.2.1 Prensa mecánica

Las prensas para la deformación de la plancha son máquinas de acción vertical y de sus diversas operaciones es posible obtener piezas incluso con un única maquinaria.

Se utilizan mucho en la industria automovilística pero también en la fabricación de piezas con alto grado de precisión.

Lo que caracteriza y diferencia al mismo tiempo una prensa de otra son la energía y la presión de trabajo, que condicionan la precisión del estampado y el ritmo en la producción.

La prensa mecánica utiliza la energía de un volante activado por un motor eléctrico, para activar el patín que ejercerá una fuerza sobre el material que se tiene que deformar.

La fuerza generada por la prensa varía a lo largo de su recorrido en función del ángulo de aplicación de la fuerza. Cuanto más próximo esté el punto de aplicación al PMI (Punto Muerto Inferior) mayor será la fuerza, siendo en este punto (PMI) teóricamente infinita. 

1  Heinrich Gerling. Alrededor de las máquinas−herramientas, Editorial Reverté. 2ª edición , año 1964

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1.2.2 Prensa Hidráulica

Una prensa hidráulica es un mecanismo conformado por vasos comunicantes impulsados por pistones de diferente área que, mediante pequeñas fuerzas, permite obtener otras mayores. Los pistones son llamados pistones de agua. Porque son hidráulicos. Estos hacen funcionar conjuntamente a las prensas hidráulicas por medio de motores.

En el siglo XVII, en Francia, el matemático y filósofo Blaise Pascal comenzó una investigación referente al principio mediante el cual, la presión aplicada a un líquido contenido en un recipiente se transmite con la misma intensidad en todas direcciones. Gracias a este principio se pueden obtener fuerzas muy grandes utilizando otras relativamente pequeñas. Uno de los aparatos más comunes para alcanzar lo anteriormente mencionado es la prensa hidráulica, la cual está basada en el principio de Pascal.

1.3 Tipos de principales de prensas y clasificación

La clasificación está en relación a la fuente de energía, ya sea operada manualmente o con potencia. Las máquinas operadas manualmente se usan para trabajos en lámina delgada de metal, pero la mayor parte de maquinaria para producción se opera con potencia. Otra forma de agrupar a las prensas es en función del número de arietes o los métodos para accionarlos.

Fuente De Energía

1. Manual 2. Potencia

a) Mecánica b) Vapor, gas, neumática. c) Hidráulica

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Ariete 1. Vertical de simple efecto 2. Vertical de doble efecto 3. En cuatro correderas 4. De configuración especial

Métodos De Aplicación De Potencia Al Ariete

1. Manivela 2. Leva 3. Excéntrica 4. Tornillo de potencia 5. Cremallera y piñón 6. Junta articulada 7. Hidráulica 8. Palanca acodillada 2. Neumática

Propósito De La Prensa

1. Cizallas de escuadra 2. Cizallas de circulo 3. Dobladora 4. Punzonado 5. Extruido 6. Empalmado 7. Enderezado 8. Forzado 9. Acuñado 10. De transferencia 11. Roedora 12. Estirado 13. Revólver 14. Forja

Para seleccionar el tipo de prensa a usar en un trabajo dado se deben considerar: El tipo de operación a desarrollar, tamaño de la pieza, potencia requerida, y la velocidad de la operación.

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Para la mayoría de las operaciones de punzonado, recortado y desbarbado, se usan generalmente prensas del tipo manivela o excéntrica. En estas prensas, la energía del volante se puede transmitir al eje principal, ya sea directamente o a través de un tren de engranes.

La prensa de junta articulada se ajusta idealmente a las operaciones de acuñado, prensado o forja. Tienen una carrera corta y es capaz de imprimir una fuerza extrema.

1.4 Troqueles. 2

Es la herramienta empleada para dar forma a materiales sólidos, y en especial para el estampado de metales en frío.

En el estampado se utilizan los troqueles en pares. El troquel más pequeño, o cuño, encaja dentro de un troquel mayor, o matriz. El metal al que va a darse forma, que suele ser una lámina o una pieza en bruto recortada, se coloca sobre la matriz en la bancada de la prensa. El cuño se monta en el pistón de la prensa y se hace bajar mediante presión hidráulica o mecánica.

En las distintas operaciones se emplean troqueles de diferentes formas.

Los más sencillos son los troqueles de perforación, utilizados para hacer agujeros en la pieza.

Los troqueles de corte se utilizan para estampar una forma determinada en una lámina de metal para operaciones posteriores. 

2  Jiménez Caro Francisco, Sánchez González Marco A. “Montajes para maquinado“ Editorial AGT. Editor S.A Méx. Df 1985.

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Los troqueles de flexión y doblado están diseñados para efectuar pliegues simples o compuestos en la pieza en bruto.

Los troqueles de rebordeado forman un reborde curvo en piezas huecas. Un tipo especial de troquel de rebordeado, llamado troquel de costura con alambre, enrolla firmemente los bordes externos del metal alrededor de un alambre que se inserta para dar resistencia a la pieza.

Los troqueles combinados están diseñados para realizar varias de las operaciones descritas en un único recorrido de la prensa; los troqueles progresivos permiten realizar diversas operaciones sucesivas de modelado con el mismo troquel.

3.2 Formas De Troquelar

La prensa ocupa distintos troqueles para diferentes formas de trabajo como se detalla a continuación.

1.5.1 Cizallado

Es un proceso de corte para láminas y placas, produce cortes sin que haya virutas, calor ni reacciones químicas. El proceso es limpio rápido y exacto, pero está limitado al espesor que puede cortar la maquina y por la dureza y densidad del material.

El cizallado es él término empleado cuando se trata de cortes en línea recta; el corte con formas regulares redondas u ovaladas e irregulares se efectúan con punzo cortado y perforación.

1.5.2 Mortajado.

El centellado o mortajado es un proceso de corte fino para la lamina y plancha y difiere del cizallado en que la cuchilla esta a cierto ángulo. La cuchilla puede ser de cualquier configuración si se trata de partes pequeñas.

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1.5.3 Niblado.

El corte de laminas (niblado) incluye hacer recortes sucesivos hasta que se produce una forma más grande o recortada. Las formas internas se pueden empezar con facilidad a partir de agujeros taladrados y se emplean para producir secciones perforadas grandes.

1.5.4 Perforación.

El perforado es un proceso para recortar un agujero conformado en una lamina o placas metálicas. Se suele hacer en frió y se obtienen casi de cualquier forma. Las aplicaciones incluyen perforar las arandelas hacer agujeros para remaches mediante elementos estructurales de acero, aberturas en paneles que se van a terminar con otros procesos a fin de poder montar instrumentos o equipos y en operaciones similares.

1.5.5 Punzonado.

El punzonado es una operación de corte de chapas o láminas, generalmente en frío, mediante un dispositivo mecánico formado por dos herramientas: el punzón y la matriz. Como se muestra en la figura 1.1. 

FIGURA 1.1 Punzón y la matriz.

11 

1.6 Controladores Lógicos Programables (PLC). 3

Las empresas de hoy, que piensan en el futuro, se encuentran provistas de modernos dispositivos electrónicos en sus máquinas y procesos de control. Hoy las fábricas automatizadas deben proporcionar en sus sistemas, alta confiabilidad, gran eficiencia y flexibilidad. Una de las bases principales de tales fábricas es un dispositivo electrónico llamado Controlador Lógico Programable.

Este dispositivo fue inicialmente introducido en 1970 y ha sido refinando con nuevos componentes electrónicos, tales como Micro-procesadores de alta velocidad, agregándole funciones especiales para el control de proceso más complejos.

Los Controladores Lógicos Programables, común mente llamados PLC´s, ofrecen muchas ventajas sobre otros dispositivos de control tales como relevadores, temporizadores electrónicos, contadores y controles mecánicos como del tipo tambor.

1.6.1 Descripción Y Funcionamiento De Un Plc.

Buscando reducir los costos de los sistemas de control por relevadores, los PLC´s surgen como equipos electrónicos sustitutos de los sistemas de control basados en relevadores, que se hacían más complejos y esto arrojaba ciertas dificultades en cuanto a la instalación de los mismos, los altos costos de los equipos, los altos costos de equipo y de operación y de mantenimiento aunado a la poca flexibilidad y confiabilidad de los equipos.

De tal forma que el resultado de su trabajo se convirtió en lo que hoy se conoce como Controlador Lógico Programable. 

3 Automatización neumática y electroneumática, Salvador Millan, Editorial alfaomega

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Evidentemente, las interfaces de entrada y salida se encargan de adaptar las señales internas a niveles del la CPU.

Por ejemplo, cuando la CPU ordena la activación de una salida, la interfaz adapta la señal y acciona un componente (transistor, relé, etc.)

Al comenzar el ciclo como se muestra en la figura 1.2, la CPU lee el estado de las entradas. A continuación ejecuta la aplicación empleando el último estado leído. Una vez completado el programa, la CPU ejecuta tareas internas de diagnóstico y comunicación. El tiempo de ciclo depende del tamaño del programa, del número de E/S y de la cantidad de comunicación requerida.

Figura 1.2 Ciclo de plc

Las ventajas en el uso del PLC comparado con sistemas basados en relé o sistemas electromecánicos son:

• Flexibilidad: Posibilidad de reemplazar la lógica cableada

de un tablero o de un circuito impreso de un sistema

electrónico, mediante un programa que corre en un PLC.

• Tiempo: Ahorro de tiempo de trabajo en las conexiones a

realizar, en la puesta en marcha y en el ajuste del sistema.

• Cambios: Facilidad para realizar cambios durante la

operación del sistema.

• Confiabilidad

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Debido a la gran aceptación que ha tenido el PLC, se ha dado una definición formal por la NEMA (Nacional electrical Manufacturers Association), descrita como sigue:

§ EL PLC es un aparato electrónico operado digitalmente que usa una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones las cuales implementan funciones especificas tales como lógicas, secuénciales, temporización, conteo y aritméticas, para controlar a través de módulos de entrada /salida digitales y analógicas, varios tipos de maquinas o procesos.

§ Una computadora digital que es usada para ejecutar las funciones de un controlador programable, se puede considerar bajo este rubro. Se excluyen los controles secuenciales mecánicos. De una manera general podemos definir al controlador lógico programable a toda máquina electrónica, diseñada para controlar en tiempo real y en medio industrial procesos secuenciales de control.

§ Su programación y manejo puede ser realizado por personal con conocimientos electrónicos sin previos conocimientos sobre informática.

Las terminales de salidas son conectados a terminales de salida a los que se le conectaran bobinas de contactores, electro válvulas, lámpara, de tal forma que la actuación de estos últimos están en función de las señales de entrada que estén activadas en cada momento, según el programa almacenado.

Esto quiere decir auxiliares, relees de encallamiento, temporizadores, contadores, son internos. La tarea del usuario se reduce a realizar el "programa” que no es mas que la relación entre las señales de entrada que se tienen cumplir para activar cada salida.

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1.6.2 Campos De Aplicación Del Plc.

EL PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso. La constante evolución del Hardware y Software amplia continuamente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el aspecto de sus posibilidades reales.

Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario realizar procesos de maniobra, control, señalización, etc., por tanto, su aplicación abarca desde procesos de fabricación industrial de cualquier tipo al de transformaciones industriales, control de instalaciones, etc.

Sus reducidas dimensiones, las extremas facilidades de u montaje, la posibilidad de almacenar los programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o alteración de los mismos, etc., hace que su eficiencia se aprecie fundamentalmente en procesos en que se reduce necesidades tales como: espacio reducido, Procesos de producción periódicamente cambiantes Maquinaria de procesos variables, Instalación de procesos complejos y amplios.

1.6.2.1 Ejemplos De Aplicaciones De Un Plc

A).-MANIOBRAS DE MAQUINAS.

Maquinaria industrial del mueble y la madera.

Maquinaria en proceso de grava, arena y cemento.

Maquinaria en la industria del plástico.

Maquinas-herramientas complejas.

Maquinaria de ensamblaje. Maquinas de transferencia.

B).-MANIOBRA DE INSTALACIONES.

Instalaciones de aire acondicionado y calefacción.

Instalaciones de seguridad.

Instalaciones de almacenamiento y transporte.

Instalaciones de plantas embotelladoras.

Instalaciones en la industria automotriz.

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1.6.3. Estructura De Un Controlador Lógico Programable.

Figura 1.3 Estructura de un controlador.

Para explicar el funcionamiento del PLC, se pueden distinguir las siguientes partes de la figura 1.3:

• Interfaces de entradas y salidas • CPU (Unidad Central de Proceso) • Memoria • Dispositivos de Programación

El usuario ingresa el programa a través del dispositivo adecuado (un cargador de programa o PC) y éste es almacenado en la memoria de la CPU.

La CPU, que es el "cerebro" del PLC, procesa la información que recibe del exterior a través de la interfaz de entrada y de acuerdo con el programa, activa una salida a través de la correspondiente interfaz de salida.

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1.7 Neumática. 4

La neumática es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es un material elástico y por tanto, al aplicarle una fuerza, se comprime, mantiene esta compresión y devolverá la energía acumulada cuando se le permita expandirse, según la ley de los gases ideales.

1.7.1 La Ley De Los Gases Ideales.

La Presión de un gas sobre las paredes del recipiente que lo contiene, el Volumen que ocupa, la Temperatura a la que se encuentra y la cantidad de sustancia que contiene (número de moles) están relacionadas. Se puede determinar la ecuación que relaciona estas variables conocida como Ecuación de Estado de los Gases Ideales:

PV=nRT…………………..1

El valor de R (constante de los gases ideales) puede determinarse experimentalmente y tiene un valor de 0,082 (atm.L/K.mol).No se puede modificar una de estas variables sin que cambien las otras. 

4 Dispositivos neumáticos, introducción y fundamentos, W. Deppert y K. Stoll, Marcombo boixaren editores Barcelona‐México

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1.7.2 Cilindro Simple Efecto.

La diferencia entre los cilindros de simple efecto y los cilindros de doble efecto, es que los primeros solamente pueden realizar un trabajo en la carrera producida por la acción del aire comprimido, la carrera de retorno se realiza de forma externa al propio cilindro, ya sea aplicándole una fuerza o un resorte como se muestra en la Figura 1.4 partes de un piston de simple efecto.

.

Figura 1.4 Partes de un piston de simple efecto

El dibujo representa a uno de tantos cilindros simples existentes en el mercado. No debemos confundir las carreras del vástago, es decir, existen dos carreras, una de entrada y otra de salida del vástago, pero el aire comprimido puede actuar tanto en la carrera de entrada como en la carrera de salida, en un cilindro simple, nunca lo hará en las dos carreras.

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La explicación del cilindro representado aquí es de fácil comprensión:

Ø Cuando insertamos aire comprimido por la vía (10), se llena de aire la cámara posterior (8), el muelle se contrae (6) expulsando el aire atmosférico por el orificio de fuga (11) y desplazando el vástago o pistón (5).

Ø Cuando desconectamos la vía (10) del aire comprimido y lo conectamos con el aire atmosférico, se llena de aire atmosférico la cámara anterior (7) por el orificio de fuga (11), se expande el muelle (6) provocando el retorno del vástago o pistón (5).

1.7.3 Unidades De Mantenimiento 5

Los filtros del aire comprimido retienen las partículas sólidas y las gotas de humedad contenidas en el aire. Los filtros llamados Ciclónicos tienen doble función: el aire al entrar pasa a través de placas que fuerzan una circulación rotativa, así las grandes partículas sólidas y el líquido se depositan en las paredes del vaso o copa, por la acción centrífuga. Luego el aire atraviesa el elemento filtrante principal, de malla metálica, papel o metal sinterizado. Este filtro de entre 20 a 40 micrones retiene las partículas sólidas. Esta acción de filtrado se denomina "mecánica" ya que, afecta a la contaminación mecánica del aire y no a su contenido de humedad.

Las partículas mas grandes, son retenidas por el filtro sinterizado, mientras que los líquidos son desviados al vaso del filtro. El líquido condensado en el vaso o copa del filtro se debe vaciar periódicamente, ya que si no podría ser arrastrado por la corriente del aire comprimido al circuito.

Los filtros más finos, de hasta 0.01 micras, se encargan de filtrar las partículas más pequeñas e incluso mínimas gotas de agua que pudieran quedar en el aire comprimido. 

5 Automatización neumática y electroneumática, Salvador Millan, Editorial alfaomega,

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La Válvula Reguladora o Regulador de presión mantiene la presión de trabajo constante en el lado del usuario, independientemente de las variaciones de presión en la Red Principal y del consumo. Obviamente, para lograr esto la presión de entrada del regulador debe ser siempre superior a la de trabajo.

El Lubricador del aire comprimido, tiene la importante función de Lubricar de modo suficiente a todos los elementos neumáticos, en especial a los activos. El aceite que se utiliza en la lubricación es aspirado de un pequeño depósito de la misma Unidad de Mantenimiento como se muestra en la figura 1.5, mezclado con la corriente del aire comprimido, y distribuido en forma de "niebla" o micro pulverización. Para que esta tarea sea efectiva el caudal debe de ser suficientemente fuerte. En instalaciones especiales, de baja presión o con sensores específicos, deberá evitarse el uso de aire lubricado, mediante el uso de toma diferente para la conexión de esos elementos.

Figura 1.5 Unidad de mantenimiento.

Todos los aparatos neumáticos poseen una resistencia interior, por lo que se produce una caída de presión de la entrada y su salida. Esta caída de presión depende caudal de paso y de la presión de alimentación correspondiente. Por lo tanto, debe tenerse en cuenta para el cálculo de la elección del tipo y modelo más adecuado a nuestra instalación y el uso que le será dado.

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1.8 Válvulas

Los mandos neumáticos están constituidos por elementos de señalización, elementos de mando y una porte de trabajo, Los elementos de señalización y mando modulan las fases de trabajo de los elementos de trabajo y se denominan válvulas.

Las válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por una bomba hidráulica o almacenado en un depósito. En lenguaje internacional, el término "válvula" o "distribuidor" es el término general de todos los tipos tales como válvulas de corredera, de bola, de asiento, grifos, etc.

Esta es la definición de la norma DIN/ISO 1219 conforme a una recomendación del CETOP (Comité Européen des Transmissions Oiéohydrauliques et Pneumatiques).

En la tabla 1.2 se muestra la función de las válvulas que se subdividen en 5 grupos:

1. Válvulas de vías o distribuidoras

4. Válvulas de caudal

2. Válvulas de bloqueo 5. Válvulas de cierre

3. Válvulas de presión

Tabla 1.2 Valvulas

1.8.1 Accionamiento de válvulas

Según el tiempo de accionamiento se distingue entre:

1. Accionamiento permanente, señal continua.

La válvula es accionada manualmente o por medios mecánicos, neumáticos o eléctricos durante todo el tiempo hasta que tiene lugar el reposicionamiento. Este es manual o mecánico por medio de un muelle.

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2. Accionamiento momentáneo, impulso

La válvula es invertida por una señal breve (impulso) y permanece indefinidamente en esa posición, hasta que otra señal la coloca en su posición anterior.

Las características de construcción de las válvulas determinan su duración, fuerza de accionamiento, racordaje y tamaño. Según la construcción, se distinguen los tipos como se muestra en la tabla 1.3

Válvulas de asiento

esférico

disco plano

Válvulas de corredera

émbolo

émbolo y cursor

disco giratorio

TABLA 1.3 Tipos de válvulas según construcción

1.8.2 Electroválvula

Una electroválvula es un dispositivo diseñado para controlar el flujo de un fluido a través de un conducto como puede ser una tubería.

No se debe confundir la electroválvula con válvulas motorizadas, que son aquellas en las que un motor acciona el cuerpo de la válvula.

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Figur

a 1.5 Electro-valvula

A- Entrada B- Diafragma C- Cámara de presión D- Conducto de vaciado de presión E- Solenoide F- Salida

1.8.3 Clases Y Funcionamiento

La figura 1.5 muestra el funcionamiento de este tipo de válvula. En la parte superior vemos la válvula cerrada. El agua bajo presión entra por A. B es un diafragma elástico y tiene encima un muelle que le empuja hacia abajo con fuerza débil. La función de este muelle no nos interesa por ahora y lo ignoramos ya que la válvula no depende de él para mantenerse cerrada.

El diafragma tiene un diminuto orificio en el centro que permite el paso de un pequeño flujo de agua. Esto hace que el agua llene la cavidad C y que la presión sea igual en ambos lados del diafragma.

Mientras que la presión es igual a ambos lados, se observa que actúa en más superficie por el lado de arriba que por el de abajo por lo que presiona hacia abajo sellando la entrada. Cuanto mayor sea la presión de entrada, mayor será la fuerza con que cierra la válvula.

Ahora estudiamos el conducto D. Hasta ahora estaba bloqueado por el núcleo del solenoide E al que un muelle empuja hacia abajo. Si se activa el solenoide, el núcleo sube y permite pasar el agua desde la cavidad C hacia la salida con lo cual disminuye la

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presión en C y el diafragma se levanta permitiendo el paso directo de agua desde la entrada A a la salida F de la válvula.

Si se vuelve a desactivar el solenoide se vuelve a bloquear el conducto D y el muelle situado sobre el diafragma necesita muy poca fuerza para que vuelva a bajar ya que la fuerza principal la hace el propio fluido en la cavidad C.

Una electroválvula tiene dos partes fundamentales: el solenoide y la válvula. El solenoide convierte energía eléctrica en energía mecánica para actuar la válvula.

Existen varios tipos de electroválvulas. En algunas electroválvulas el solenoide actúa directamente sobre la válvula proporcionando toda la energía necesaria para su movimiento. Es corriente que la válvula se mantenga cerrada por la acción de un muelle y que el solenoide la abra venciendo la fuerza del muelle. Esto quiere decir que el solenoide debe estar activado y consumiendo energía mientras la válvula deba estar abierta.

También es posible construir electroválvulas bi-estables que usan un solenoide para abrir la válvula y otro para cerrar o bien un solenoide que abre con un impulso y cierra con el siguiente.

Las electroválvulas pueden ser cerradas en reposo o normalmente cerradas lo cual quiere decir que cuando falla la alimentación eléctrica quedan cerradas o bien pueden ser del tipo abiertas en reposo o normalmente abiertas que quedan abiertas cuando no hay alimentación.

Hay electroválvulas que en lugar de abrir y cerrar lo que hacen es conmutar la entrada entre dos salidas. Este tipo de electroválvulas a menudo se usan en los sistemas de calefacción por zonas lo que permite calentar varias zonas de forma independiente utilizando una sola bomba de circulación.

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De esta explicación se deduce que este tipo de válvula depende para su funcionamiento de que haya mayor presión a la entrada que a la salida y que si se invierte esta situación entonces la válvula abre sin que el solenoide pueda controlarla.

Las electroválvulas también se usan mucho en la industria para controlar el flujo de todo tipo de fluido.

1.8.4 Válvula Anti-Retorno

Figura 1.6 Válvula anti-retorno. Figura 1.7 Alimentación a descarga

Las válvulas anti-retorno como se muestra en la figura 1.6, también llamadas válvulas de retención, válvulas uni-flujo o válvulas "check", tienen por objetivo cerrar por completo el paso del fluido en circulación -bien sea gaseoso o líquido- en un sentido y dejarlo libre en el contrario.

Se utilizan cuando se pretende mantener a presión una tubería en servicio y poner en descarga la alimentación como se muestra en la figura 1.7. El flujo del fluido que se dirige desde el orificio de entrada hacia el de utilización tiene el paso libre, mientras que en el sentido opuesto se encuentra bloqueado. También se las suele llamar válvulas unidireccionales.

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1.8.5 Válvula De Compuerta

Figura 1.8 Válvula de compuerta en sistema de agua caliente para uso doméstico.

Es una válvula que abre mediante el levantamiento de una compuerta o cuchilla (la cuál puede ser redonda o rectangular) y así permitir el paso del fluido.

Lo que distingue a una válvula de compuerta es el sello, el cual se hace mediante el asiento del disco en dos áreas distribuidas en los contornos de ambas caras del disco. Las caras del disco pueden ser paralelas o en forma de cuña. Las válvulas de compuerta no son empleadas para regulación, como se muestra en la Figura 1.8

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Capítulo 2

Características mecánicas

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Capítulo 2 - Características mecánicas.

En este capítulo se presentan los principales elementos mecánicos que conforme una Prensa Excéntrica De Mesa Fija Con Transmisión de Engranajes y Sistema Hidráulico De Sobrecarga. Basándonos en el manual de operación proporcionado por la empresa TIPSA.

2.1 Descripción De Funcionamiento.

El motor principal de la máquina es de tipo alto especialmente utilizado para trabajos pesados de prensa, el mismo transmite el movimiento hacia el volante de la máquina a través del freno que cede la energía necesaria para accionar el juego de engranaje que mueve el eje excéntrico y consecuentemente el martillo de la prensa. Como se muestra en la Figura 2.1.

La prensa mostrada en la figura 2.2, está equipada con un freno de comando electro-neumático el que permite un paro inmediato de martillo en curso en cualquier posición aproximadamente 30° antes del punto muerto.

Figura 2.1 Prensa excéntrica.

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Para una interrupción inmediata del curso de martillo basta que el operador deje de aplicar los botones, una vez completado el ciclo de martillo Este mismo para automáticamente en el punto muerto superior.

El clutch es de tipo mordisco incrustados en el cuerpo de la máquina como un disco y es completamente independiente al freno; ambos tantos freno como el clutch están instalados de tal forma que permita una mayor duración de sus trabajos.

El accionamiento del freno y del clutch, como se muetra en la figura 2.2, están sincronizados y accionados por dos válvulas electro neumáticas. El contaje de dos válvulas es para dar mayor seguridad al martillo, así, en caso de falla, las descarga del contenido en los cilindros del freno y del clutch se liberan inmediatamente.

Figura 2.2 CLUTCH

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Una reserva de aire comprimido para comandos de freno y clutch está equipado con los siguientes accesorios:

A. Regulador de presión de aire con manómetros. B. filtro para agua condensada. C. lubricado automático para aire comprimido. D. válvulas de seguridad. E. Reóstato para control automático de presión de aire esta

desligada a la máquina cuando la presión sobrepasa la presión necesaria.

F. Registro para salida de agua. G. Registro para entrada general.

La línea de alimentación del freno y clutch están equipadas con un lubricador y dos electroválvulas de 3 vías con sus respectivos silenciadores.

Para la seguridad de la prensa y de las herramientas contra cualquier emergencia, como se muestra en la figura 2.3, la prensa está equipada con un dispositivo hidráulico de sobrecarga alojado en el martillo. El mismo está compuesto de un cilindro hidráulico accionado automáticamente a través de una bomba motorizada. A fin de obtenerse un perfecto balanceo en movimiento del martillo está equipado con dos amortiguadores neumáticos.

Figura 2.3 Freno de emergencia

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A fin de obtener un mejor ajuste de distancia entre el martillo y la mesa, de acuerdo con la altura de las herramientas, la suspensión del martillo está equipada con un dispositivo manual para la regulación.

Para parar el volante de la máquina está provisto de un freno que está ligado automáticamente después de la parada del motor, este es accionado por medio de aire comprimido gobernado por una electroválvula.

Esta máquina está montada con un sistema de lubricación automática usando un sistema centralizado llamado “EXIMPORT TRABON” como se muestra en la Figura 2.4. Este es un sistema de accionamiento de una bomba neumática que está conectada a la línea general de suministro de la maquina a través de un registro de esfera.

Figura 2.4 Sistema de lubricación

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2.2 Datos Técnicos.

• Presión máxima 250 toneladas.

• Curso regular del martillo 20 a 205 mm

• Regularidad del martillo 125mm

• Distancia máxima sobre mesa de martillo con cuso para abajo y regular para la cima 610mm

• Base del martillo 1.020x760 mm

• Distancia entre centro del martillo y cuerpo 450mm

• Dimensiones de la mesa 1475x870.

• Dimensiones de sobre mesa 140mm

• Dimensiones de martillo 1020-760

• Golpes por minuto 20

• Potencia necesaria 25cv/1700rpm

• Potencia de trabajo continuo 30cv

• Peso aproximado de la maquina 28000 kg

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2.3 Dispositivo Hidráulico Para Sobrecarga.

Las condiciones del dispositivo hidráulico para sobrecarga del martillo que se muestra en la figura 2.5, está hecho normalmente por las especificaciones del fabricante y son las siguientes:

- La válvula de seguridad de la bomba está regulada para una presión de 90 Kg/cm 2 , esta misma es permanente y excluye cualquier regulación posterior.

- La regulación de la presión mínima en la válvula hidroeléctrica está regulada para un a presión de 80Kg/cm 2 , esta misma es permanente y excluye cualquier regulación posterior.

- La regulación de la presión máxima en la válvula hidroeléctrica está regulada para un a presión de 260Kg/cm 2 , esta misma puede ser alterada para menos presión siempre que haya la necesidad de regular la máquina para una presión de seguridad de sobrecarga menor que la especificada. 6

- La regulación de la válvula limitadora de presión está regulada para una presión de 270Kg/cm2, esta misma puede ser regulada para menor presión, siempre que haya necesidad de regularse para una presión menor a la especificada. 1

Con la máquina parada, verificar el nivel del aceite en la reserva, el ideal es prácticamente el punto superior del mismo, siendo el 

6  Esta regulación debe ser realizada solamente por personal especializado

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mínimo permitido ¾ del total aproximadamente. Para completar se debe usar aceite hidráulico o equivalente.

Cuando la presión del sistema de sobrecarga del martillo está por debajo de la presión mínima de funcionamiento, se enciende la lámpara que indica “baja presión”, cuando la presión llega a 80Kg/cm2 la lámpara se apaga y se enciende la lámpara que indica “Presión Normal” así como también continua trabajando la bomba dando descarga de exceso de aceite atreves de la válvula hasta llegar a la presión en la que el sistema puede operar normalmente.

En caso de haber una sobrecarga durante el trabajo normal del martillo, el comando eléctrico esta automáticamente desligado, en este punto, el sensor de límite alimenta el circuito que solamente permite la parada del martillo después de haber superado a posición de 330º de su curso (la posición de 150º a 330º, nunca debe interrumpirse, porque existe peligro de que quedase bloqueado en el punto más bajo de su curso).

Figura 2.5 Sistema de lubricación y sistema de sobrecarga

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2.4 Freno Y Clutch.

En la figura 2.6 se muestra el clutch. En la entrada de las dos electroválvulas está colocado un lubricador, este mismo debe ser regulado para evitar el exceso de lubricante en el encajamiento que llegara a perjudicar el buen funcionamiento de las dos electroválvulas.

La regulación de presión de aire para el freno y el clutch debe estar entre 5 y 5.5 Kg/ en caso de tener una presión menor la máquina frenara.

2.5 Freno Y Volante.

La regulación del aire para el freno del volante oscila entre 2.5 hasta 3 Kg/ , misma que debe ser determinada conforme al tiempo que se programe para la parada del volante.

La conexión del mismo se procesa automáticamente a través de la electroválvula.

Figura 2.6 Clutch del volante.

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2.6 Freno Del Volante.

El freno del volante está conectado automáticamente después de ser desconectado del motor principal. Durante el ciclo de trabajo del freno de volante el cilindro debe estar lleno de aire. Cuando reinicie el ciclo de trabajo del motor principal el freno del volante debe estar completamente desconectado para regresar a su posición inicial.

Para que el freno del volante trabaje con el máximo de rendimiento observar las siguientes instrucciones:

- La regulación de aire debe oscilar entre 2.5 y 3 Kg/ . - La regulación de la zapata debe ser verificada

periódicamente.

2.7 Motorización.

Para que la máquina que se muestra en la figura 2.7 trabaje con el máximo de rendimiento, la correa que transmite el movimiento del motor para el volante debe estar muy bien estirada. La regulación de la tensión de la correa está conseguida a través de tuercas de tirantes. Para esto la máquina debe estar completamente detenida.

Figura 2.7 Motor trifásico.

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2.8 Condiciones Para El Funcionamiento De La Prensa.

Los elementos contenidos en el panel general de control están distribuidos con forme a la siguiente relación.

1. Lámpara de señalización “Detector de Tierra”, debe estar permanentemente habilitado.

2. Lámpara de señalización “Bloqueo de Seguridad de posición”. Esta debe estar normalmente encendida. En caso de que la lámpara estuviera apagada indica que hay un bloqueo de seguridad y la máquina permanece detenida hasta restablecer el bloqueo.

3. Lámpara de señalización “Baja presión en el clutch,” esta debe permanecer normalmente apagada.

4. Lámpara de señalización “defecto de solenoide A”, debe permanecer normalmente apagada.

5. Lámpara de señalización “defecto de solenoide B”, debe permanecer normalmente apagada.

6. Lámpara de señalización “defecto de lubricación”, debe permanecer normalmente apagada.

7. Lámpara de señalización “Presión normal“, indica la presión del circuito hidráulico.

8. Botón de “Encendido de motor Principal”

9. Botón de “ajuste”.

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2.9 Definición De Problema

Durante el proceso normal de operación, la máquina se detiene cuando el operador deja de presionar los botones de inicio de proceso; para que la máquina siga funcionando en operación normal el operador debe soltar los botones exactamente en el punto muerto superior.

De no ser así la máquina sobrepasa el punto muerto y los platinos que se muestran en la figura 2.8, dejan de enviar la señal de enviar la señal de inicio de proceso; los controles dejan de funcionar provocando que la máquina tenga que ser reiniciada mediante el comando “ajuste” que se utiliza para posicionar el troquel en el martillo.

Figura 2.8 Platinos

De los comandos de funcionamiento de la prensa, la mayor parte de estos esta fuera de funcionamiento, por lo tanto se propone buscar nuevas condiciones de seguridad para su arranque en condiciones iníciales.

Para evitar que la máquina sobrepase el límite y las botoneras no funcionen deje de funcionar se hace la siguiente propuesta.

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Capítulo 3

Desarrollo de propuesta de control y diseño

39 

Capítulo 3 Desarrollo de propuesta de control y diseño.

En este capítulo se presenta la propuesta de control para una prensa de tipo mecánica la cual presenta deficiencias en su funcionamiento, las cuales generan tempos muertos en producción optimizando la productividad.

3.1 Enfoque de la propuesta.

La propuesta de control para la prensa excéntrica de mesa fija se realiza para la empresa de troquelados industriales de precisión S.A. TIPSA; bajo la supervisión del Ingeniero Juan José Rosas Ruiz, gerente de producción. Para ello se utiliza la observación directa del funcionamiento de la prensa, con la finalidad de recopilar los datos necesarios así como fotografías sobre las cuales se tomaran consideraciones acerca de posiciones y distancias mediante las cuales se propondrá la instalación de los dispositivos para el mejor funcionamiento de esta, implementando un codificador rotativo incremental y un controlador lógico programable que se explicara su selección a lo largo de este capítulo.

Cabe mencionar que la prensa fue construida en Brasil por la empresa Gutmann, en 1979; Para la propuesta que aquí se realiza nos hemos enfocado principalmente en la aplicación de PLC y sustitución de equipo antiguo.

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3.2.1 Localización de la empresa

-Adolfo López Mateos No. 21 Estado de México, México Atizapan, 52968

Tel: 52-555-822-2910 52-222-822-7018

Fax: 52-555-824-7518

www.tipsamexico.com

3.3Diagramas De Conexión

Los diagramas y planos proporcionados por Tipsa están en malas condiciones y se decidió realizar una actualización para incorporar los nuevos diagramas al manual de funcionamiento y mantenimiento.

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3.3.1 Diagrama Eléctrico Del Motor Trifásico

El diagrama 3.1 se observan las conexiones que existen para el arranque por autotransformador del motor trifásico; para este diagrama no se realizaron ningún tipo de modificaciones ya que el arranque no afecta el funcionamiento de la maquina, además de que funciona en perfectas condiciones

Diagrama 3.1 Conexión Eléctrica

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3.3.2 Diagrama Neumático

El diagrama 3.2 muestra las conexiones neumáticas de la prensa. En este diagrama no tenemos modificaciones, solo se van a utilizar las electroválvulas.

Diagrama 3.2 Diagrama Neumático

1d- filtro de retorno 7- registro esférico de ¾”

1c- válvula limitadora de presión con comando de operación

6 -Placa

1b- válvula de control del manómetro.

5 -válvula limitadora de presión pre operada manual o automática.

1b- válvula de control del manómetro.

4 -válvula de retorno

1a- Bomba de pistones Eléctrica 3- válvula de vaso

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3.3.3 Diagrama Hidráulico De Sobre Carga

En el diagrama 3.3 se muestran las conexiones que existen para el funcionamiento del sistema hidráulico de sobrecarga

Diagrama 3.3 Diagrama de seguridad hidraulico

1d filtro de retorno 5 válvula limitadora de presión pre

operada manual o automática.

1c válvula limitadora de presión con comando de operación

4 válvula de retorno

1b válvula de control del manometro.

3 válvula de vaso

1ª Bomba de pistones 2 Eléctrica

6 Placa 7 registro esférico de ¾”

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3.2.3 Diagrama De Conexión De Relevador De Control Maestro

El Diagrama 3.4 muestra las conexiones necesarias para conectar el relevador de control maestro que sirve de protección para el PLC.

Diagrama 3.4 Relevador de control maestro

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3.3 Selección De Materiales.

En esta sección se hace un comparativo entre toda la gama de materiales así como de proveedores y fabricantes a nivel internacional para obtener la mayor calidad y seleccionar e material más adecuado para el tipo de trabajo.

3.3.1 Encoder.

Este tipo de dispositivos electro-mecánicos permite medir los desplazamientos angulares, así como movimientos lineales y circulares, y velocidades rotacionales y aceleraciones. Por su versatilidad y precisión, hoy en día los Encoders son empleados en multitud de aplicaciones como automatización, control de procesos industriales, robots industriales, máquina-herramienta y divisores, instrumentos de medida y control, maquinaria de todo tipo, etc.

Tipos de encoders:

ENCODERS ROTATIVOS, Incrementales y Absolutos. ENCODERS MAGNETICOS, Incrementales y Absolutos. TRANSDUCTORES, Lineales Incrementales. VOLANTES ELECTRONICOS, encoders incrementales especiales, controlados manualmente.

Figura 3.1 Tipos de encoder.

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-Encoder Incremental 7

Los encoders incrementales proporcionan un número determinado de impulsos eléctricos por revolución. Contando estos impulsos por unidad de tiempo se determina la velocidad de un movimiento. Añadiendo estos impulsos a partir de un punto de referencia de valor hallado representa además la media para el ángulo o el trayecto recorrido. Para la evaluación simplemente conecte un contador o una tarjeta de entrada PLC.

-Encoder Absoluto

Los encoders absolutos proporcionan para cada posición del eje un valor numérico codificado. Especialmente en tareas de posicionamiento, los encoders absolutos desarrollan funciones de contaje, eliminando equipos electrónicos secuenciales y por tanto eliminando equipos muy costosos. También son innecesarias las complejas referencias de posicionamiento en el arranque de la máquina, puesto que el valor de posición actual

está disponible en cualquier momento. 

7 www.siselco.com/encoder

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3.3.2 Selección De Encoder

Para seleccionar el encoder apropiado para la propuesta se pensaron en los siguientes dispositivos que son los cubren los requerimiento.

-Codificador rotativo incremental tipo eje hueco (Figura 3.2)

Figura 3.2 Encoder rotativo.

•Máxima velocidad: 12000 rpm •Eje hueco: φ 10 /12 mm •Salida: RS422 o push pull •Cuenta pulsos: 500-5000 pulsos

•Maxima frecuencia de pulsos: 200 KHz

•Alimentacion: 5-30 Vdc •Maxima temperatura: +75 ºC •Tipo de proteccion: IP66

-Descripcion:

Los codificadores rotatorios de KOBOLD se utilizan para medir longitud, posicion, velocidad rotatoria y angulo. Convierten el movimiento mecanico en señales electricas. Los codificadores rototarios incrementales hacen salir una señal de frecuencia que puede representar velocidad, longitud o posicion.

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Un disco rotativo, al que se pega una regilla, se monta entre un led y un receptor. La luz emitida por el led es modulada por la rejilla y golpea el receptor, que hace salir una señal sinusoidal que es proporcional a la luz recibida. La señal sinusoidal es procesada por electronica especialmente diseñada. Los sistemas de control estandares (incluyendo todos los contactores de KOBOLD) requieren señales digitales de onda cuadrada en la entrada. Asi la señal se acondiciona en el codificador rotatorio y es sacada a traves de diversos circuitos dependiendo del campo de aplicación.

Areas de aplicación • Tecnología del montaje • Alimentadores y máquinas de manipulación de los

componentes eléctricos. • Tipo de prueba. • Ingeniería médica, por ejemplo máquinas de

movimiento. • Planta de insercion / máquinas de apertura de cartas. • Plataformas de inspeccion. • Máquinas de etiquetado. • Máquinas de inspeccion tuberias (control de camaras).

Dimensiones

Figura 3.3 Dimensiones del encoder rotativo.

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-Encoder rotativo tipo medición de rueda incremental tipo rueda.

Este dispositivos es adecuado para medir la longitud o la velocidad del desplazamiento sucesivo de la meta por el tipo rueda. Figura 3.4

Figura 3.4 Encoder rotativo tipo rueda.

* La forma de onda de salida es proporcional a el tipo de unidad internacional de medida (metro o pulgada).

* Alimentación: 5VDC, 12-24VDC 5%

-Selección de encoder

La selección del encoder está hecha en base a las especificaciones técnicas y por el tipo de instalación que se va a realizar. El encoder con el que se decidió trabajar es de tipo rueda, por las características que presenta la prensa y el lugar de colocación, ya que es más simple la instalación. La cotización está en proceso por parte de la empresa.

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3.4 Selección De PLC (Twido - Telemecanique)

El PLC fue seleccionado en comparación de varias marcas y platicando con el gerente de producción se decidió adquirir el PLC Twido de Telemecanique que en comparación del siemens step 7 que fue nuestra opción no existían muchas diferencias.

Discutiendo la propuesta hecha optamos por el Twido de Telemecanique debido que en comparación con el step 7 es mucho mas económico, es la mejor opción de acuerdo a las necesidades de la implementación, con posibilidades de ampliar el control, por su tamaño compacto, bajo costo, su accesibilidad mucho mas practica y su tiempo de entrega es menor.

Twido se encuentra disponible en dos versiones: Compacto y Modular (Figura 3.7), que comparten opcionales, extensiones de E/S y el software de programación, otorgándole máxima flexibilidad y simplicidad de uso.

Twido Compacto, disponible en 10, 1 ó E/S y extensible hasta 88 E/s . Módulos opcionales que permiten aumentar la capacidad de comunicación en RS232 y RS 8; displays de diálogo hombre-máquina; reloj de tiempo real; memoria backup de 32Kb, y memoria de expansión a 64Kb; simuladores de entradas; y un surtido de cables, conectores y unidades pre cableadas, que facilitan el montaje ahorrando costos y tiempo.

Figura 3.7 PLC twido

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3.5 Sensor Infrarrojo Tipo Barrera

El receptor de rayos infrarrojos suele ser un fototransistor o un fotodiodo. El circuito de salida utiliza la señal del receptor para amplificarla y adaptarla a una salida que el sistema pueda entender. la señal enviada por el emisor puede ser codificada para distinguirla de otra y así identificar varios sensores a la vez esto es muy utilizado en la robótica en casos en que se necesita tener más de un emisor infrarrojo y solo se quiera tener un receptor. Como se muestra en la Tabla 3.1

Figura 3.8 Sensor de barrera.

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Los sensores infrarrojos pueden ser:

Sensor infrarrojo de barrera: Las barreras tipo emisor-receptor están compuestas de dos partes, un componente que emite el haz de luz y otro componente que lo recibe. Se establece un área de detección donde el objeto a detectar es reconocido cuando el mismo interrumpe el haz de luz como se muestra en la figura 3.8. Debido a que el modo de operación de esta clase de sensores se basa en la interrupción del haz de luz, la detección no se ve afectada por el color, la textura o el brillo del objeto a detectar. Estos sensores operan de una manera precisa cuando el emisor y el receptor se encuentran alineados. Esto se debe a que la luz emitida siempre tiende a alejarse del centro de la trayectoria.

Tabla 3.1 Especificaciones De Sensor De Barrera

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3.6 Material Para Conexiones Y Tuberías.

En esta sección se describirán los diferentes tipos de materiales para la instalación y conexión para la propuesta realizada tales como botoneras, cables, sensores, tubería y accesorios.

3.6.1 Botoneras

Las botoneras y las lámparas de señalización desempeñan un papel clave en la comunicación hombre-máquina. Para poder cumplir su tarea, deben tener un alto grado de funcionalidad y robustez. Siemens ofrece la gama 3SB1 para un diámetro nominal de 22 mm y 30 mm.

La gama 3SB3 en ejecución de plástico ofrece una variante cuadrada para huecos de 26 mm x 26 mm y una variante redonda para un diámetro de 22 mm; además, esta gama cuenta con los más variados tipos de envolvente. Los aparatos SIGNUM® 3SB3 tienen capacidad de comunicación con AS- Interface y PROFIBUS-DP que es apto ya que la empresa a donde vamos a instalarlos tiene planeado a futro comunicar sus maquinas. La botonera SIGNUM® Metallic 3SB3 en la variante redonda para un diámetro de 22 mm es un producto utilizado en el mundo entero con un alto grado de protección IP 67 y NEMA 4.

-Versión de metal en formato redondeado.

Se escogó la Versión de metal en formato redondeado ya que en el medio en donde se va a utilizar es mas resistente a los medios agresivos como el polvo y la suciedad.

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Gracias a la combinación de los teclados de de membrana y el 3SB3 en aluminio, ofrece una apariencia plana que facilita su limpieza. La superficie de accionamiento de los pulsadores es cóncava, mientras que las lentes de las lámparas de señalización presentan forma convexa. -Formato está disponible en: Versión de plástico en formato plano y redondeado.

-Construcción Un punto de mando se componen de un dispositivo de accionamiento o un cuerpo de lente, situado en la parte frontal, un soporte para la fijación y unos bloques de contactos y/o portalámparas situados en la parte posterior del panel.

-Soporte En soporte presenta una configuración de fábrica para paneles de un espesor de entre 1 a 4 mm. Se instala en el accionamiento/ señalizador. El tornillo de fijación se encuentra en la parte inferior derecha. Con un espesor de panel de 3 a 6 mm, el soporte se debe girar, de modo que se monte en dirección de la flecha y el tornillo de fijación se encuentra arriba a la derecha.

En este caso, el tornillo de fijación se tiene que girar hasta el tope, en sentido contrario a las agujas del reloj, antes de colocar el soporte.

-Bloques de contactos y portalámparas Los bloques de contactos están equipados con 1 contacto normal (1 NA o 1 NC) con contactos móviles dobles. Éstos garantizan una elevada seguridad de contacto, también con tensiones e intensidades pequeñas a partir de 5 V/1 mA. Son

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aptos tanto para controles electrónicos como también para controles convencionales.

Los contactos NC son de apertura forzosa o positiva. Para lámparas de señalización y pulsadores luminosos se puede suministrar, además de los bloques de contactos, un portalámparas para una lámpara con zócalo BA 9s (conexión por tornillo) y W2 × 4,6 d (conexión soldada). Los bloques de contactos y los portalámparas tienen una marca para terminal de conexión que cumple con EN 50 013.

En la tabla 3.2 se muestra el modelo que se requiere para el proyecto, el cual fue escogido en base a diseño funcionalidad, utilidad y costo contra otras dos marcas a cotizar.

Botonera Metálico

Pulsador razante negro c/1na 3SB3602-0AA11

rojo c/1nc 3SB3603-0AA21

amarillo c/1na 3SB3602-0AA31

verde c/1na 3SB3602-0AA41

azul c/1na 3SB3602-0AA51

blanco c/1na 3SB3602-0AA61

Tabla 3.2

3.6.2 Tubo Galvanizado

Se optó por escoger a la empresa HYLSA/TERNIUN entre las empresas COLLADO Y CATUSA ya que sus productos son concebidos de acuerdo con los más elevados niveles de calidad, orientando los recursos tecnológicos y humanos hacia la satisfacción total del cliente. De esta manera, todas sus plantas industriales operan bajo la Norma de Calidad Internacional ISO 9001, entregando productos y servicios de excelencia. Aunque el costo no fue un punto de

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decisión ya que es un poco más elevado en comparación de las otras dos empresas ellos ofrecieron una mejor garantía.

Las normas en que se respalda son:

Norma General IRAM-IAS U500-228 Estructural Galvanizado Según especificación técnica Ternium Siderar

-Tubos de Conducción eléctrica (Conduit):

Tubos con costura de acero al carbono de sección circular, con coplas roscadas, conformados en frío a partir de chapa laminada en frío o en caliente.

Estos tubos se utilizan para conducción de cables en instalaciones eléctricas embutidas o exteriores bajo techo.

-Codos

Estos codos Pueden ser de dos clases, de 45º y 90º. Normalmente los codos roscados, tienen rosca hembra en ambos extremos. Estos son y del mismo diámetro nominal, pero, existen unos codos especiales, llamados CALLE CODOS, teniendo que los extremos de igual diámetro nominal, tienen un macho con rosca y otro con rosca hembra. Como se muestra en la Figura 3.9

Para la unión de tuberías pequeñas (menores de 1 1/2" de diámetro nominal), se utilizan alguno de estos dos procedimientos:

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• Mediante enchufe-soldadura • Mediante Rosca

Se van a requerir codos tipo hembra NTP roscados definida por la norma ANSI B2.1 Y también la API 6A de conexión acero inoxidable de 45 y 90 grados de la marca swagelok ya que esta empresa cumple con las normas requeridas para la instalación como se muestra en la figura 3.9.

Figura 3.9 ilustración y Normas 

‐Recubrimiento

Para resistir la corrosión, todos los accesorios roscados de acero al inoxidable se requieren con un baño de zinc galvanizado.

Se decidió elegir la empresa HYLSA/TERNIUN en comparación con las DiiSA y DM (distribuidora metálicos), ya que en el primer caso no cumple con las especificaciones y carece de privilegios con TIPSA y la otra empresa DM su período de entrega era costosa y el volumen que se requiere para hacer una entrega es demasiado, en comparación con los costos pues no hay mucha variación. Además las facilidades de crédito que ofrecen a la empresa son ventajosas para las dos partes.

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3.7 Equipo Para Montar El Plc.

El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso. La constante evolución del hardware y software amplía constantemente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales.

Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la posibilidad de almacenar los programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o alteración de los mismos, etc., hace que su eficacia se aprecie fundamentalmente en procesos en que se producen necesidades tales como:

Espacio reducido Procesos de producción periódicamente cambiantes Procesos secuenciales Maquinaria de procesos variables Instalaciones de procesos complejos y amplios Chequeo de programación centralizada de las partes del

proceso

3.7.1 Accesorios De Conexión Y Montaje

Riel para montaje de la empresa Telemecanique, es parte de la amplia gama de productos que ofrece Shneider Electric México, por esto mismo se decidió adquirir el kit de instalación de esta marca, dado que el PLC a utilizar es Twido de Telemecanique, no dudamos en usar este equipo de accesorios, aumentando la garantía del mismo equipo. De esta forma, cumpliendo las características que nosotros requerimos tanto en instalación como cableado tipo cable calibre 16 con recubrimiento normal

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AWG a dos hilos de uso rudo proporcionado en el mismo kit CONDUMEX.

Características y ventajas especiales

• El diseño de gabinete dividido • Montaje diseñado para riel DIN de 35 mm • Instalación segura mediante el uso de una pestaña de

retención en el riel DIN • Conectores del terminal desprendibles • Protección para el medio ambiente clasificada como IP20

Especificaciones - para montaje en riel DIN

Nivel Básica

Interfaces Salida analógica,

Grado de protección

IP20, Tipo 1

Aplicaciones Pesaje en proceso

Frecuencia A/D (int./ext)

Interna: 366 Hz. Comparación de objetivo: 50 Hz. Interfase PLC: 20 Hz

Resolución 100,000 divisiones

Entrada/salida digital

Opcionales, estado sólido o relé, 2 entradas, 4 salidas

Elaborado con acero tropicalizado. Longitud de 2 metros Modelo PR/DIN/AS: riel asimétrico, en conformidad con los estándares EN.50.035 

‐Cable calibre 16 con recubrimiento normal

AWG a dos hilos de uso rudo MARCA CONDUMEX como se muestra en la figura 

Figura 3.10 Cable

60 

3.8 Programación

La programación de un PLC se realiza mediante periféricos, como pueden ser un PC, una consola de programación, un grabador EPROM, etc. Este último es el que vamos a utilizar en esta página a la hora de programar autómatas, por tanto está en nuestras manos conocer el manejo de este programa para poder practicar.

3.8.1 Diagrama De Escalera

Para la programación se utilizo el programa twido suite que es el software para programar PLC twido de telemecanique, al mismo tiempo que se realizó la simulación en Automation Studio 3.0.5 que se muestra a continuación. 

CTU CU 

DN 

Cuenta progresiva Contador Ajustado a Acum. 

CONT 10 0 

CTU CU 

DN 

Cuenta progresiva Contador Ajustado a Acum. 

20 0 

MOTORG  BOTON DER  BOTON IZQ  P2 

P2  CONT CONT.DN 

P4 

P2  P4  P5 

CONT ENCODER 

SELCT  1 

CONT1 

ENCODER  SELCT  2 

SELCT  1 

CONT1 CONT1.DN 

SELCT  2 

STOP 

RES 

RES 

L 

U 

P4 

CONT CONT 

BOTON DER  BOTON IZQ 

VALVULA 

CONT CONT.DN 

SELCT 0  BOTON IZQ 

SELCT 0  BOTON IZQ  CONT1 

BOTON DER  BOTON IZQ  CONT1 CONT1.DN 

SENSOR BARR  STOP 

RESET BARRERA  STOP 

STOP

61 

3.8.1 Hoja De Direccionamientos.

Las tabla 3.1 muestra la relación de entradas del diagrama de escalera con los direccionamientos del PLC.

Referencia Direccionamiento Explicación

MotorG %I0.0 Motor general

encendido

Encoder %I0.1 Señal del encoder

Selector_0 %I0.2 “Ajuste”

Selector_1 %I0.3 Un Golpe

Selector_2 %I0.4 Dos Golpes

Botón Derecho %I0.5 Señal de botón

derecho

Boton Izquierdo %I0.6 Señal de botón

Izquierdo

Sensor de barrera %I0.7 Poner a “1” la señal

en PLC

Reset Sensor de barrera

%I0.8 Poner a “0” la señal

en PLC

Tabla 3.3 Direccionamientos de entradas al PLC

62 

La tabla 3.2 muestra la relación de salidas del diagrama de escalera con los direccionamientos del PLC

Referencia Direccionamiento Descripción

Electroválvula %Q0.0 Accionamiento de

electroválvula

Tabla 3.4 Direccionamiento de salidas del PLC

63 

Capítulo 4

Costos

64 

Capitulo 4. Costos

En la tabla 4.1 se muestran las cantidades, precios unitarios y la cantidad total que se tendría que invertir para la aplicación de esta propuesta. Aunque en no se encuentran todos los precios ya que alguno de los materiales son necesarios que los cotice la misma empresa porque gracias a su historial y a sus proveedores tiene la posibilidad de conseguir un precio mas adecuado, como se muestra en Tabla 3.5 tabla de costos de materiales. 

TABLA DE COSTOS DE MATERIALES A USAR EN EL PROYECTO DESGLOSADA. 

MATERIAL PRECIO

UNITARIO CANTIDAD IMPORTE

ENCODER INCREMENTAL TIPO

RUEDA MARCA AUTONICS

$2,500 +IVA 1 $2,500.00

PLC (Twido - Telemecanique)

$13,000.00 1 $13,000.00

Sensor Infrarrojo Tipo Barrera marca

Botoneras marca SIGNUM 2

NORMALMENTE ABIERTOS. Y UNO NORMALMENTE

CERRADO.

$35.00 3 $105.00

TUBO GALVANIZADO

MARCA HYLSA/TERNIUN ROSCADO 11/2”

$32.00 POR METRO

15 METROS $480.00

Tubos de Conducción

eléctrica (Conduit), MARCA CONDUMEX

$15.00 POR METRO

10 METROS $150.00

65 

1/2”

CODOS DE 45° MARCA swagelok

ROSCA HEMBRA NPT CON

RECUBRIMIENTO.

$45.00 10 $450.00

CODOS DE 90° MARCA swagelok

ROSCA HEMBRA NPT, CON

RECUBRIMIENTO.

$45.00 10 $450.00

CABLE CALIBRE 16 CON

RECUBRIMIENTO NORMAL AWG A

DOS HILOS DE USO RUDO CONDUMEX.

$800.00 ROLLO DE 10O METROS

1 $800.00

RIEL DIN $100.00 POR

METRO 2 METROS $200.00

Tabla 3.5 tabla de costos de materiales

TOTAL $18,135.00

66 

Conclusiones

La tecnología en la actualidad ha avanzado a pasos agigantados y en el ámbito industrial de igual manera, por lo que la modernización en este tipo de maquinas es necesario.

Pero a veces la empresa no cuenta con los recursos suficientes para poder adquirir nueva tecnología. Para esto la propuesta que aquí se realizo se enfoco a la actualización de equipo que podría ser obsoleto, a un costo mucho menor que comprar esta tecnología nueva.

Esto permite que empresas como TIPSA tengan la capacidad de competir en el mercado y seguir dando un producto de mucha mayor calidad y con la seguridad de que su equipo podrá mantenerse actualizado cada vez de que las necesidades del mercado lo requieran.

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Bibliografía

[1] Jiménez Caro Francisco, Sánchez González Marco A. “Montajes para maquinado“ Editorial AGT. Editor S.A Méx. Df 1985.

[2] Heinrich Gerling. Alrededor de las máquinas−herramientas, Editorial Reverté. 2ª edición , año 1964

[3] Manual Delmar de electricidad y electrónica, control de motores eléctricos teoría y aplicaciones, Walter N. Aterich, editorial Diana México.

[4] Dispositivos neumáticos, introducción y fundamentos, W. Deppert y K. Stoll, Marcombo boixaren editores Barcelona- México, pág. 13

[5] Automatización neumática y electroneumática, Salvador Millan, Editorial alfaomega, pág. 137

[6] www.sisco.com/encoders