UNEXPO Puerto Ordaz. Urdaneta, Ron, Salazar, Malavé, Malavé, Leal. Automatización Automatización del empauetado ! de"pac#o de cemento.
F
$ecnolo%&a 'enezolana ! Li(re para Automatizar una L&nea de Empauetado ! )e"pac#o de *emento Urdaneta Eliza(et#, Ron +e(rina, Salazar n%el, Malavé Ra-ael, Leal '&ctor ecurdanetaune/po.edu.ve UNEXPO Puerto Ordaz 0 Mae"tr&a de 1n%enier&a Electrónica. Resumen
— E"ta E"ta inve inve"t "ti% i%aci ación ón con"i con"i"t "tió ió en planta cementera >*emento *erro Azul?, u(icada
%enerar una alternativa para la automatización de una l&nea de empauetado ! de"pac#o de cemento utilizando la" venta2a" di"poni(le" en di"po"itivo" (a"ado" en tecnolo%&a li(re ! de (a2o co"to como el mode modelo lo 34 de la -und -undac ació iónn Ra"p Ra"p(e (err rr!! P1 ! la plata-orma ME5A6A)7 de la -irma Arduino8. La "elección de e"to" di"po"itivo" "e (a"ó en "u -9cil inte%ración ! mane2o de #ard:are a"& como en la amplia %ama de con-i%uracione" ! pro%ramación en len% len%ua ua2e 2e"" de alto alto nivel nivel.. )e )ent ntro ro del del proce proce"o "o de empa empau uet etad adoo ! de"p de"pac ac#o #o de ceme cement nto, o, -uer -ueron on "eleccionado" lo" lazo" re%ulatorio" corr corre" e"po pond ndie ient nte" e" al llen llenad adoo de la tolv tolvaa en la mauina en"acadora, ue adem9" inclu!en lo" lazo" de cont contro roll de nive nivell alto alto ! (a2o (a2o,, velo veloci cida dadd de rotación de la mauina en"acadora, compro(ación de pe"o ! parada de emer%encia del "i"tema. *on e"ta" varia(le" ! la ló%ica de control del proce"o, "e procedió a "eleccionar lo" in"trumento" ! di"e;ar lo" controladore" (a"ado" en tecnolo%&a li(re. )e e"ta e"ta mane manera ra "e lo%r lo%róó auto autom matiz atizar ar la l&ne l&neaa de empauetado ! de"pac#o de cemento, validando el di"e;o por "imulacione" "imulacione" e2ecutada" e2ecutada" a cada con2unto del "i"tem "i"tema. a. Ad Adem9 em9", ", con la implem implement entaci ación ón de aplicacione" como el 1n%eniero 'irtual "e pueden optimizar la "upervi"ión ! monitoreo de dato" en tiempo real en e"ta" plata-orma". Palabras clave — Ra"p(err! Ra"p(err! P1, Arduino8, l&nea
de empauetado, -9(rica de cemento.
en >El Pinto? e"tado Mona%a", ue actualmente "e encuentra en periodo de prue(a". En e"ta -9(rica dic#o proce"o e"t9 con"tituido por do" m9uina" en"ac en"acado adora ra"" con capac capacid idad ad de llena llenado do de @.B @.BBB "aco" por #ora. Lo" "aco" de cemento ue "e tienen previ"to utilizar, e"t9n -a(ricado" de papel o polipropileno con una capacidad neta de @,CB 7%, ue ue al llen llenar ar"e "e "e de"p de"pla laza zann medi median ante te cint cinta" a" tran"po tran"porta rtadora dora"" ue la" de"car de"car%an %an direct directamen amente te "o(re la" plata-orma" de lo" camione". Adicional a e"to, "e%=n "ea el reuerimiento del cliente, tam(ién el cemento puede "er entre%ado a %ranel mediante la" -acilidade" de de"car%a ue "e encuentran en lo" "il "ilo" de almacenam namiento. En con con2unto, la producción de cemento de e"ta planta e"t9 e"timada en DDBB tonelada" métrica" diaria". Previ Previam amen ente te )u )uda da FG, FG, e/pl e/plic icaa al deta detall llee el proce"o de -a(ricación de cemento, ! la" tecnolo%&a" a"ociada" a e"te, "e;alando directrice" para lo" criterio" de di"e;o en la con"trucción de planta, entre ello", la automatización del 9rea de empaue ! de"pac#o. 'e%a ! +a(i +a(i9n 9n @G, @G, reali realizar zaron on un tra( tra(a2 a2oo de inve"ti%ación donde "e propu"o la metodolo%&a de manu-actura e"(elta para la reducción de lo" "aco" roto" al momento momento del llenado, llenado, con"iderando a2u"te" en lo" par9metro" ue intervienen en el proce"o de empaue ! de"pac#o. E"ta inve"ti%ación (u"có "impli-icar mediante la utiliz utilizaci ación ón de di"po"i di"po"iti tivo" vo" nov novedo" edo"o" o" ! de (a2o (a2o co"t co"to, o, el e"u e"uem emaa de cont contro roll del del proc proce" e"oo de empauetado de cemento en e"ta planta, a -in de proporcionar a >*emento *erro Azul? una opción v9li v9lida da ! rent renta( a(le le u uee perm permit itaa a -utu -uturo ro,, a(ri a(rir r po"i(ilidade" de e/pan"ión en la producción de "u producto.
1.1N$RO)U**1Der Encuentro Re%ional de *iencia, $ecnolo%&a $ecnolo%&a e 1nnovación 0 Re%ión Oriente?, Univer"idad Politécnica $erritorial $erritorial del Oe"te de Sucre >*lodo"(aldo Ru""i9n?, *uman9, @F al @D de octu(re de @BFC
UNEXPO Puerto Ordaz. Urdaneta, Ron, Salazar, Malavé, Leal. Automatización del empauetado ! de"pac#o de cemento.
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rein%enier&a al "i"tema de control, -ue la principal meta, ! para llevarla a ca(o "e nece"itó de"a%re%ar ! e/plicar el proce"o de empacado ! de"pac#o de cemento, a -in de de-inir la" varia(le" "u2eta" a medición ue intervienen en la" di"tinta" etapa" de dic#o proce"o. Lue%o de e"to, -ue nece"ario de-inir lo" "en"ore" ue "er&an utilizado" ! e"ta(lecer lo" lazo" de control ue re%ir&an el proce"o de empacado, di"e;ar de la ló%ica de control "ecuencial ! controlador re%ulatorio. Adem9", "e realizó una "elección adecuada del #ard:are utilizado como re%i"trador en la adui"ición de dato", a"& como tam(ién la "elección del #ard:are utilizado para implementar el controlador, crear la inter-ace Iom(re6M9uina, "iendo cada una de dic#a" "eleccione", técnicamente 2u"ti-icada". Para optimizar la vi"ualización de dato" ! monitoreo del "i"tema en tiempo real "e implementó la aplicación de 1n%eniero 'irtual.
proce"o "in tener ue %a"tar #ora" en movilización ! tran"porte al "itio. El di"e;o para automatizar el proce"o de en"acado de cemento tuvo como elemento central de control la placa Arduino8 Me%a A)7, donde re"ide la ló%ica de control di"e;ada, encar%9ndo"e de proce"arla ! tomar la" accione" de "alida dependiendo de la" entrada". Aunado a ello, el módulo Ra"p(err! P1 Modelo 34 por medio de una comunicación "erial RS6C con la placa Arduino8 reci(e lo" dato" capturado" por e"te para e2ecutar la -unción de "i"tema S*A)A ! del 1n%eniero 'irtual. Se propu"o emplear el "i"tema operativo RASP31AN de 5NULinu/ para la plata-orma Ra"p(err! ! pro%ramar la" aplicacione" ! el códi%o del Arduino8 en P!t#on, aunue, e" po"i(le tra(a2ar con otro" "i"tema" operativo" (a"ado" en Linu/ como Android, arc# Linu/, +ire-o/ OS, 5entuu Linu/, 7ali Linu/, entre otro" ! pro%ramar la" aplicacione" (a2o otro len%ua2e de códi%o como *. 111. )1SEJO *44, Ru(!, entre otro" -ueron "eleccionado" lo" Para e"te pro!ecto de inve"ti%ación "e "eleccionó anteriormente mencionado" por "u "implicidad ! como "i"tema de control la com(inación de la" r9pido mane2o. placa" (a"ada" en tecnolo%&a" li(re" Ra"p(err! P1 modelo 34 ! Arduino8 Me%a A)7. La primera por A. Memoria descriptiva del proceso y principio la alta capacidad de proce"amiento ue la convierte de funcionamiento. Para la ela(oración de la memoria de"criptiva, el en una e-icaz #erramienta de "o-t:areK ! la "e%unda por "u alta ! -9cil compati(ilidad con lo" di-erente" principio de -uncionamiento, lo" dia%rama" de "en"ore" implementado" en el proce"o, ue lo #ace control ! la in"trumentación, "e #izo re-erencia a lo" ideal para pro!ecto" de #ard:are. La venta2a ue euipo" de campo con lo" mi"mo" $A5 ue !a permite el u"o de la placa Arduino8 e" la ocupan. Se tuvo en cuenta la" tre" principale" inte%ración de lo" di"po"itivo" de campo a la placa cadena" o %rupo" de euipo" de la planta de Ra"p(err! P1. E"ta =ltima, tuvo como propó"ito el empaue proce"amiento ! "upervi"ión de lo" dato" a mo"trar Transporte de material, ensacado y al operador, permitiendo a"& implementar la recuperación: inter-ace Iom(re6M9uina, pue" la capacidad de E"te "i"tema e"t9 con-ormado por lo" elemento" multiproce"amiento propia de la placa Ra"p(err! lo ue "e mue"tran en la ta(la 1. convierte en un mini ordenador capaz de implementar adecuadamente aplicacione" como el Funcionamiento: El "aco al "er de"car%ado por la en"acadora, e" 1n%eniero 'irtual ue permite el monitoreo a di"tancia del proce"o a travé" de la creación ! tran"portado mediante la cinta QCF.3*F6D, e" actualización de #i"tórico de dato", noti-icación ! limpiado del polvo por el "oplador QCF.3NF ! alarma de "e;ale" cr&tica" en tiempo real, para ue pe"ado en la (9"cula de cinta QCF.3F, "i el "aco el per"onal a car%o pueda revi"ar el "tatu" de la" no cumple con el mar%en del pe"o de"eado @,C 7% varia(le" de proce"o" ue #an "ido car%ada" en nu(e FT el "aco e" de"viado a la cinta QCF.3* para de dato", reci(ir men"a2e" ! correo electrónico con "er proce"ado en el de"pedazador de "aco" QCF.SLF, noti-icacione" de actualización de #i"tórico ! e"to con la -inalidad de recuperar el material, alarma" ! a"& realizar de -orma r9pida ! e-ectiva el de"ec#ar el "aco ! enviar el cemento al elevador de dia%nó"tico de la -alla ! vi%ilar el de"empe;o del can%ilone" para alimentar de nuevo la tolva. El "aco •
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ue cumple con la" e"peci-icacione" e" de"viado mediante (razo" de-lectore" QCF.3)F6@ #acia lo" de"pac#adore" de camione" QCF.LMF6@. $A3LA 1 ELEMEN$OS PER$ENE*1EN$ES AL S1S$EMA )E $RASPOR$E, ENSA*A)O RE*UPERA*1
El arranue de la cadena en lo re-erente a la" cinta" tran"portadora" "e e2ecuta de -orma "ecuencial en rever"a al -lu2o del materialK e" decir, arranca primero la =ltima, el de"pac#ador de camión QCF.LMF6@, #a"ta la cinta tran"portadora a la "alida de la en"acadora QCF.3*F. La parada del "i"tema "e realiza de manera "ecuencial, en "entido del -lu2o del material. •
Alimentación desde los silos a la tolva:
E"te "i"tema, e"t9 con-ormado por lo" elemento" mo"trado" en la ta(la 11. $A3LA 11 ELEMEN$OS PER$ENE*1EN$ES AL S1S$EMA )E AL1MEN$A*1ON )E $OL'A $A5 )ES*R1P*1ON QF. 3EF Elevador de can%ilone" QF. M)F Arrancador principal del elevador de can%ilone" QF. A)F Arrancador au/iliar del elevador de can%ilone" QF. 'SF *ri(a de cuerpo" e/tra;o" QF. L1F *ri"ol contenedor QF. +3F $olva de almacenamiento previo
Funcionamiento:
Una vez arrancado" en vac&o lo" euipo" de la cadena de alimentación, cuando "e detecta el nivel (a2o en la tolva "e da la "e;al al "i"tema de control central para ue #a(ilite el de"pac#o de cemento, de"de lo" "ilo" al elevador de can%ilone". El cemento "u(e ! "e tamiza en la cri(a de cuerpo" e/tra;o" QF.'SF para eliminar cualuier apelmazamiento de é"te de(ido a la #umedad, la" impureza" "on de"viada" al cri"ol contenedor QF. L1F. El llenado de la tolva de almacenamiento previo, "e realiza c&clicamente cada vez ue e"té el nivel (a2o en la tolva, ! "e llenara #a"ta detectar el nivel de Alto en la mi"ma.
•
D
Ensacadora rotativa:
E"te "i"tema, e"t9 con-ormado por lo" elemento" mo"trado" en la ta(la 111. $A3LA 111 ELEMEN$OS PER$ENE*1EN$ES AL S1S$EMA )E LA ENSA*A)ORA RO$A$1'A $A5 )ES*R1P*1ON QF. 5AF '9lvula ta2adera con rueda manual QF. R+F '9lvula maripo"a de control QF. PMF En"acadora rotativa QF. IPF $olva de recuperación F QF. IP@ $olva de recuperación @
Funcionamiento:
La v9lvula ta2adera con rueda manual QF. 5AF permite el pa"o de material de"de la tolva de almacenamiento previo #a"ta la v9lvula de control de -lu2o QF.R+FK el cemento "e almacena en la tolva interna de la en"acadora, #a"ta detectar el nivel m9/imo. Al arrancar el accionamiento de rotación de la en"acadora QF.PMF, va llenando lo" "aco" "i%uiendo "u ló%ica interna de cada (oca. A lo lar%o del recorrido, cada "aco "e tra"lada por di-erente" tar%et" ue le indican el proce"o de llenado #a"ta "er de"car%ado en la cadena de tran"porte. La velocidad de rotación e" a2u"tada de"de FT #a"ta FBBT por el operador en el IM1, ! dependiendo de la velocidad de rotación a ma!or velocidad de rotación, permite llenar m9" "aco" la v9lvula de control de -lu2o a2u"ta la "alida para mantener "iempre el nivel de alto en la tolva de almacenamiento interno. El material ue "e derrama durante el llenado del "aco ! la de"car%a en la cinta tran"portadora "e re"cata en la" tolva" QF.IPF ! QF.IP@ para diri%irlo" a lo" tornillo" "in -in de la cadena de tran"porte ! recuperación. •
Dimensionamiento de pieas y selección de e!uipos:
Lo" "oporte" para lo" "en"ore" implementado" en la propue"ta -ueron -a(ricado" a medida dependiendo del tipo de "en"or, con pieza" de acero al car(ono (a2o la norma AS$M ADQ6VC, con tratamiento de "uper-icie realizado a (a"e de -ondo antio/idante e"tructural ! e"malte de aca(ado epó/ico de tipo 1ponlac DDF. )ic#o" "oporte" -ueron -i2ado" a la e"tructura del "i"tema a travé" de tornillo" de acero ino/ida(le de tipo au"tenitico" (a2o la norma A1S1 DB, ue o-recen adem9" de
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re"i"tencia mec9nica, dureza, re"i"tencia a la o/idación ! por lo tanto (elleza de aca(ado. La "elección de in"trumento" "e realizó valorando la criticidad de la" etapa" del proce"o, la po"i(ilidad de detección de -alla", a"& como el enlace con el #ard:are "eleccionado ! protocolo" de campo. El li"tado de in"trumento" implementado" en e"te pro!ecto, "e mue"tra en la ta(la 1', pre"entada a continuación. $A3LA 1' L1S$A )E SENSORES 1MPLEMEN$A)OS $a% QF.3EF)BFLF QF.PMF)B@WF QF.PMF)BDWF QF.+3F)BFLF QF.+3F)B@LF QF.+3F)BDLF QF.R+F)BFWF QF.R+F)B@WF QF.R+F)BDWF QF.PMF)BFLF QF.PMFABFSF QCF.3*)BFWF QCF.3*)B@WF QF.S*F)BFSF QF.S*@)BFSF QF.PMF)BFSF QCF.3*C)BFWF QCF.3*C)B@WF QCF.3*C)BDWF QCF.3*C)BWF QCF.3*Q)BFWF QCF.3*Q)B@WF QCF.3*Q)BDWF QCF.3*Q)BWF QF.PMF)BFPF QF.3EF)B@WF QF.3EF)BDWF QF.3EF)BWF QF.3EF)BCWF QF.3EFMBF1BF
".
Se;al de entrada B6FBBT
Se;al de "alida
)e"cripción
F@B6B 'ac
)etector de nivel elev. de can%ilone" 1nt. de emer%encia puerta de "e%uridad empacadora
B6FBBT
F@B6B 'ac
FC6VB6BT
F@B 'ac
Nivel de tolva
B6CB6FBBT
F@B 'ac
*ompuerta control de -lu2o
B6BT B6FBBT
F@B6B 'ac 6@B mA
En"acadora nivel m9/imo 1ndicador velocidad en"acadora
B6FBBT
F@B6B 'ac
)i"po"itivo rec#azador de "aco"
B6FBBT
F@B6B 'ac
'elocidad tornillo "in -in
B6FBBT
F@B6B 'ac
1nterruptor emer%encia de cuerda en en"acadora
B6FBBT
F@B6B 'ac
1nterruptor de cuerda parada de emer%encia en cinta"
B6FBBT
F@B6B 'ac
1nterruptor pre"ión en"acadora
F6FQ mm
F@B 'ac N*
1nterruptor pro/imidad de"viación can%ilone"
B6DB Amp
6@B mA
Medidor corriente elevador can%ilone" Parada de emer%encia 5lo(al
#elección de Placa de pruebas y $rdenador.
A continuación, en la" ta(la" ' ! '1, "e pre"enta una comparación entre la" @ opcione" con"iderada" para la automatización del, e"pec&-icamente para la "elección del Microcontrolador Arduino ! Ordenador Ra"p(err! P1. $A3LA ' $A3LA *OMPARA$1'A EN$RE PLA*A )E PRUE3AS )i"po"itivo NANO)E C AR)U1NO ME5A A)7 Proce"ador 3a"ado en controlador 3a"ado en controlador A$me%aD@P con A$me%a@CQ con velocidad de relo2 de velocidad de relo2 de FQ FQ MIz. MIz. Modo de pre"entación Pre"entación >9rmelo Pre"entación de placa u"ted mi"mo?. totalmente en"am(lada. *omunicación Puerto Et#ernet Sin puerto Et#ernet, inte%rado Serial, SP1 Puerto" 1O )i%itale" F 1O di%itale" C 1O di%itale" Entrada" analó%ica" Q entrada" analó%ica" FQ entrada" analó%ica" Precio DB Y @ Y
"alida" di"poni(le" ! adem9", la placa viene completamente en"am(lada, permitiendo a"& realizar la inte%ración entre lo" in"trumento" de campo, ! reducir el error durante el en"am(lado, a"& como el tiempo para implementación. Otra de la" venta2a" ue pre"enta la placa Arduino8 e" ue cuenta con lo" puerto" para comunicación "erial inte%rado" a di-erencia del NANO)E C ue de(e "er e/pandido para tal -in. $A3LA '1 $A3LA *OMPARA$1'A EN$RE M1*RO*OMPU$A)ORES )i"po"itivo RASP3ERR P1 3EA5LE 3ONE MO)ELO 34 Proce"ador ARM FFVQCWW+6S a ARM *orte/ A, VBBMIz AMDDC/ a V@B MIz. Memoria RAM S)RAM CF@ M( ))R@ @CQ M( NZ de puerto" puerto" US3 @.B @ puerto" US3 @.B Acce"orio" )i"poni(ilidad de No po"ee muc#o" adicionale" acce"orio". acce"orio" di"poni(le". Precio D Y QB Y
Para el de"arrollo del pre"ente pro!ecto "e "eleccionó el ordenador RASP3ERR P1 MO)ELO 34, de(ido a ue tiene ma!or memoria de acce"o aleatorio ue "u contraparte 3EA5LE 3ONE, e" m9" económico, adem9", tiene el do(le de puerto" US3 ! ma!or di"poni(ilidad de acce"orio" como c9mara", pantalla", #u(, entre otro", nece"ario" para el de"arrollo de la propue"ta de"crita en e"ta inve"ti%ación. %.
Ar!uitectura del sistema de control.
La aruitectura %eneral de control e"t9 repre"entada en la -i%ura F, ! mue"tra %r9-icamente como "e inte%ran lo" di-erente" peri-érico" con la placa Arduino8 Me%a A)7 ! la placa Ra"p(err! P1 modelo 34. La *omunicación entre la placa Arduino8 ! la Placa Ra"p(err! P1 puede "er realizada de diver"a" manera" ue "on admitida" por dic#o" di"po"itivo", pero la "eleccionada para e"te -in -ue la comunicación "erial RS6C lo ue permite una di"tancia entre placa" de F.@7m para una tran"mi"ión de FBB[(it". La placa Arduino8 "er9 pro%ramada con len%ua2e P$ION, el cual !a e"t9 pre"ente en el "i"tema operativo RASP31AN )e(ian #eez! para ARMvQ con "oporte para coma -lotante por #ard:are ue "e e2ecuta en el ordenador Ra"p(err! P1.
Para la realización de e"te pro!ecto "e "eleccionó la placa AR)U1NO8 ME5A A)7 ue por ca"i el mi"mo co"to, cuenta con m9" cantidad de entrada" ! >Der Encuentro Re%ional de *iencia, $ecnolo%&a e 1nnovación 0 Re%ión Oriente?, Univer"idad Politécnica $erritorial del Oe"te de Sucre >*lodo"(aldo Ru""i9n?, *uman9, @F al @D de octu(re de @BFC
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C
+i%ura F Aruitectura %eneral del "i"tema.
La u(icación de la placa Arduino8 "er9 cerca de lo" in"trumento" de campoK e" decir, el microcontrolador de(er9 e"tar pre"ente en campo, mientra" ue el ordenador e"tar9 pre"ente en "ala de control del 9rea. D.
&ó'ica de control
+ue di"e;ada para "ati"-acer la" condicione" de"crita" en la memoria de"criptiva ! principio de -uncionamiento del proce"o. En la -i%ura @ "e mue"tra una vi"ión %eneral del e"uem9tico, de"arrollado en el "o-t:are LO51S1M con el o(2eto de pro(ar "u ló%ica com(inacional. En ella "e utilizaron compuerta" ló%ica" AN), NAN), OR ! NO$, a"& como +lip6+lop tipo ++6H7 en con-i%uración too%le, adem9" de +lip6+lop tipo ++6 RS como elemento" de memoria, ue permitieron mantener lo" arranue" ! parada" de cada -a"e del proce"o. Se "imuló la acción de control de la v9lvula re%uladora de alimentación a la en"acadora con una ló%ica implementada a travé" de una memoria ROMK "in em(ar%o, e"te proce"o en campo e" realizado (a2o la con"i%na del P1 implementado en la placa de prue(a", para mantener el nivel m9/imo en la en"acadora en -unción a la velocidad de e"ta.
+i%ura @ )ia%rama de la ló%ica de control de"arrollado en LO51*S1M en condicione" iniciale".
$oda" la" parada" de emer%encia, de pul"ador ! de cordón "on "e;ale" >N*?, e" decir, normalmente cerrada" por criterio de "e%uridad, la" "e;ale" de -alla en la (9"cula de cinta ! en el "i"tema neum9tico de la en"acadora e"t9n con-i%urada" como F\?O7? ! B\?+alla?, ! la" "e;ale" de di"onancia de lo" tornillo" "in -ine" recolectore" ! de la empacadora detectore" de velocidad "on "e;ale" de -alla con retardo a la cone/ión, ! para e-ecto" del "imulador "on e"ta(lecida" inicialmente activa" en alto pue"to ue el "o-t:are LO51S1M no pre"enta la opción de %enerar e"to" retardo". E.
Dise(o de %ontrolador P)
El controlador toma el error entre la velocidad medida en el rotopac[er ! la velocidad de"eada con"i%na introducida por el operador de"de la IM1, la re%ula mediante un control P1 "e con"idera )\B ! "e aplica a un "i"tema de Fer orden ue modela el comportamiento del actuador de la v9lvula do"i-icadora ue depende de la velocidad de rotación de la en"acadora. Lo" valore" utilizado" "on lo" "i%uiente"
El circuito "e pre"enta en tre" -a"e", como la" tre" etapa" del proce"o, cada una de ella" cuenta con K1 condicione" iniciale" ! premi"a" de -uncionamientoK K la" entrada" vienen a "er la" "e;ale" reci(ida" por la . El modelo de control realizado puede o("ervar"e in"trumentación ! la" "alida" "on órdene" de marc#a en la -i%ura D. a lo" contactore" de lo" motore" de lo" euipo".
>Der Encuentro Re%ional de *iencia, $ecnolo%&a e 1nnovación 0 Re%ión Oriente?, Univer"idad Politécnica $erritorial del Oe"te de Sucre >*lodo"(aldo Ru""i9n?, *uman9, @F al @D de octu(re de @BFC
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ue la en"acadora e"te apa%ada, ! ue "e #a!a reci(ido el comando de arranue de"de la IM1. +i%ura D )ia%rama de 3loue del control P1 de"arrollado en Matla( 0 Simulin[. F.
Dia'ramas de flu*o
El proce"o comprende varia" rutina" para el control de tran"porte, empaue ! de"pac#o del producto. $re" de la" principale" rutina" ue mane2a el Arduino8 Me%a A)7 comprenden actividade" como la alimentación de la tolva, el arranue de la cinta tran"portadora ! el arranue de la m9uina en"acadora, lo" cuale" "e pre"entan en la" +i%ura" , C ! Q. En el dia%rama de -lu2o de la -i%ura , "e puede o("ervar ue el pro%rama de rutina ante" de proceder con la alimentación de la tolva, veri-icar9 ue el indicador de nivel alto6alto no e"té activo, ue el elevador "e #alle en carril, ue la parada de emer%encia %lo(al e"te de"#a(ilitada ! "e #a!a reci(ido el comando de la tolva de"de el panel de IM1.
+i%ura C )ia%rama de -lu2o de la rutina para arranue de la cinta tran"portadora.
+i%ura Q )ia%rama de -lu2o de la rutina para arranue de la en"acadora. +i%ura )ia%rama de -lu2o de la rutina >Alimentación de la $olva?.
En el dia%rama de -lu2o de la -i%ura C, "e puede o("ervar ue el pro%rama de rutina ante" de proceder con el arranue de la cinta tran"portadora, veri-icar9 ue la parada de emer%encia local >Pull cord? no e"té #a(ilitado, ue la parada de emer%encia %lo(al e"te de"#a(ilitada, ue la (alanza para c#eueo de pe"o e"té preparada para operación,
+.
Dia'ramas de lao
Para realizar la" cone/ione" eléctrica" entre la placa de adui"ición de dato" ! lo" elemento" peri-érico" "e di"e;aron lo" dia%rama" de lazo", donde "e e"peci-ican la" cone/ione" de lo" "en"ore" de po"ición, pre"ión, velocidad ! de la v9lvula de control, lo" elemento" peri-érico" "e encuentran el 9rea del proce"o, ! e"t9n conectado" a travé" de di-erente" ca(le" a una (ornera u(icada en ca2a de cone/ión H3F, teniendo en cuenta el aterramiento
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V
del ca(le. )e"de la H3F "e realiza la cone/ión de la" "e;ale" #acia la placa optoacopladora u(icada en el panel de control. La" -i%ura" V, ! pre"entan lo" detalle" de la" cone/ione" en e/tracto" del dia%rama de lazo para el lazo F, el m9" importante de e"te proce"o pue" re%ula la alimentación de la material a la en"acadora. La "e;al de velocidad S$.ABFSF e" tran"mitida al controlador +1*F, e"te e2erce la acción de control ! a travé" del relé +F "e realiza la conver"ión de corriente a pre"ión ue e2ecuta la v9lvula +*'F.
+i%ura E/tracto dia%rama de lazo F, cone/ión entre ca2a de cone/ione" H3F ! la placa optoacopladora. . +i%ura V E/tracto dia%rama de lazo F, cone/ión de la v9lvula de control de -lu2o ! ca2a de cone/ione" H3F.
+i%ura E/tracto dia%rama de lazo F, cone/ión de lo" "en"ore" a"ociado" a la en"acadora ! ca2a de cone/ione" H3F.
)nterfa umano M-!uina M)/
El di"e;o propue"to del IM1 (u"có pre"entar al u"uario un entorno ami%a(le, donde "e pueda vi"ualizar en -orma %eneral la l&nea de empauetado, lo" componente" ! "en"ore" involucrado" en el proce"o. La pantalla principal del IM1 di"pone de comando" de acce"o a "u(6pantalla" de control ! monitoreo de proce"o" e"pec&-ico", permitiendo al u"uario aumentar "u capacidad de "upervi"ión ! control del proce"o. $am(ién "e o-recen celda" vac&a" ue permiten a la empre"a -le/i(ilidad al momento de e/pan"ión del proce"o o modi-icación de la planta, "in tener ue recurrir a la nece"idad a vece" traum9tica de cam(iar todo el entorno. La -i%ura FB mue"tra la di"tri(ución %eneral de lo" icono" pre"entado" en la pantalla principal del IM1, en e"ta "e de"taca el tama;o ! la u(icación del 9rea di"pue"ta para la vi"ualización del proce"o o el %ra-ico de de"empe;o del "i"tema.
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donde el tama;o e"t9 comprometido. El "en"or tiene una re"olución nativa de C me%ap&/ele", ! cuenta con un lente de -oco -i2o. En cuanto a la" im9%ene" -i2a", la c9mara e" capaz de tomar -oto" con una re"olución de @C@ / F ! tam(ién e" compati(le con video FBBpDB, V@BpQB ! QB/BpQBB video. •
Monitor 122 TFT:
Aprovec#a la "alida R*A de la Ra"p(err! ! conecta e"te monitor $+$. )e-inición de BB/B, -ormato D, volta2e F@6@')*, Pe"o BB%r. +i%ura FB )i"tri(ución de Pantalla S*A)A
•
%ase de acr3lico:
E" un [it de Q pieza" -9cil de armar. $iene peue;o" ori-icio" para de2ar li(re" lo" puerto" de la Ra"p(err! Pi ! ori-icio" para la ventilación. El material e" (a"tante re"i"tente para prote%er de %olpe" ! mantiene la placa li(re de polvo.
En la -i%ura FF "e o("erva el dia%rama de cone/ión del módulo de comunicación del Ra"p(err! P1 con la placa Arduino8 Me%a A)7. La placa Ra"p(err! P1 modelo 34, -unciona como un miniordenador con "i"tema operativo Ra"p(ian, 0e'ulador 4v 5 6A: ! por "u" caracter&"tica" de conectividad e" po"i(le Re%ulador de alimentación para la placa comunicar la data critica v&a correo electrónico ! :#at"app in%eniero virtual, ! "imult9neamente Ra"p(err! P1. %enerar el #i"tórico re"pectivo. Disipadores: Lo" di"ipadore" e"t9n #ec#o" de aluminio, ! tienen cinta auto ad#eri(le por lo ue "e in"talan de manera mu! "encilla. •
•
•
%able DM):
Utilizado para la cone/ión entre la placa Ra"p(err! P1 ! el monitor ? $+$. O-rece la venta2a de tran"mi"ión de "e;ale" de audio ! video por el mi"mo ca(le "in la nece"idad de conver"ión analó%ico6di%ital nece"aria" en otro tipo de cone/ione". •
+i%ura FF *one/ión RS6C entre Modulo de comunicación de Ra"p(err! ! placa Arduino ®.
Para la realización de la IM1 "e proponen lo" "i%uiente" componente" compati(le" con Ra"p(err! •
%-mara para 0aspberry P):
E"te módulo lleva una c9mara de CMP e" capaz de %ra(ar v&deo a FBBp ! tomar im9%ene" -i2a". *onecta el ca(le plano incluido al puerto de *S1 ! enciende la Pi u"ando Ra"p(ian. La placa "olo mide @C mm / @B mm / mm ! pe"a D%, por lo ue e" per-ecto para aplicacione" móvile" o de otro"
Multi 7ub 8#":
Utilizado para e/pandir la capacidad de cone/ión de peri-érico" de la placa Ra"p(err! P1 34 •
Teclado con cone9ión 8#":
Peri-érico nece"ario para realizar con-i%uracione" iniciale" de la aplicación e in%re"o de par9metro" al "i"tema. •
0asPi%omm:
Placa de e/pan"ión con "alida" RS6@D@, RS6 C, e 1@*. ).
)n'eniero virtual y #%ADA.
El "i"tema S*A)A "e implementó con el pro%rama 5L5 $ool[it vD., el cual permite di"e;ar
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-9cilmente la pantalla de u"uario, ! el modulo para "upervi"ión de la" varia(le" de campo a controlar. La ver"atilidad del pro%rama radica en ue e" "oportado por la plata-orma Ra"p(err!, inte%r9ndo"e -9cilmente al o(2etivo de e"te pro!ecto. Una vez %enerado el reporte por el 5L5 $ool[it, e"te "er9 almacenado ! enviado mediante el $ele%ram Me""en%er al operador e in%eniero" a car%o. Aunado a ello, utilizando una cone/ión remota mediante red virtual 'N* lo" u"uario" podr9n realizar el telecomando de la placa Ra"p(err! ! vi"ualizar el apartado %ra-ico del "i"tema operativo, e"to e" po"i(le #aciendo u"o del pro%rama "ervidor 'N* ue inclu!e el "i"tema operativo Ra"p(ian. .
1'.
RESUL$A)OS
A. &ó'ica de %ontrol.
Se realizaron la" prue(a" a la ló%ica de control realizada en LO51*S1M, ! para e"to "e evaluó el comportamiento del circuito (a2o el e"cenario de de"viación del "aco -uera de e"peci-icación como "e aprecia en la -i%ura FD.
Panel de %ontrol.
El panel de control local "e puede o("ervar en la -i%ura F@.
+i%ura F@ Panel de *ontrol en *ampo Medida" indicada" en mil&metro".
+i%ura FD )etalle de la ló%ica com(inacional para rec#azar el "aco -uera de e"peci-icación.
Al arrancar la cadena de tran"porte ! alimentación (a2o la" condicione" iniciale" adecuada", el -uncionamiento e" e"ta(le e invarianteK cuando la (9"cula de cinta *#ec[ ei%#er detecta un "aco -uera de e"peci-icación %enera un pul"o al "i"tema, ue en el -laco de (a2ada activa el motor ue mueve la cinta para de"viar el "aco, ! el "en"or >Rec#aza "aco" arri(a? cam(ia a *ero, cuando el "en"or >Rec#aza "aco" a(a2o? detecta -lanco de "u(ida la pre"encia de la cinta, detiene el motor, ! con ello, el re"orte acoplado a la cinta la o(li%a a retornar a "u po"ición ori%inal, como "e evidencia en el re%i"tro ló%ico de la -i%ura F. A la velocidad nominal de la cinta, el tiempo de (a2ada ! "u(ida e" "u-iciente para de"viar el recorrido del "aco #acia el de"pedazador de "aco".
E"t9 con"tituido por un cerramiento -a(ricado en acero ino/ida(le con -actor de protección 1PQQ NEMA R a -in de mantenerlo prote%ido del polvo de cemento di"uelto en el aire, dic#o panel "e u(ica -rente del 9rea de tra(a2o ! dentro del mi"mo uedan re"%uardado" la placa Arduino8 Me%a +i%ura F Re%i"tro de la" "e;ale" en el ca"o de"viar "aco. A)7, lo" optoacopladore" ! lo" (loue" de cone/ionado (ornera" de tornillo utilizada" para A"& como a e"te ca"o, "e realizaron prue(a" para conectar lo" in"trumento" de campo ! la" "alida" lo" dem9" e"cenario" como la "olicitud de cemento ue alimentan el actuador de la v9lvula re%uladora al "ilo, ! arranueparada de lo" otro" "u("i"tema" de cemento. o(teniendo re"ultado" "ati"-actorio", como "e mue"tra en la -i%ura FC ! FQ. Al (a2ar el nivel de cemento en la tolva, "e %enera la "olicitud de material al "i"tema de control central, e"ta "olicitud >Der Encuentro Re%ional de *iencia, $ecnolo%&a e 1nnovación 0 Re%ión Oriente?, Univer"idad Politécnica $erritorial del Oe"te de Sucre >*lodo"(aldo Ru""i9n?, *uman9, @F al @D de octu(re de @BFC
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e"tar9 activa #a"ta ue el nivel alto de la tolva "ea completadoK en -uncionamiento normal la "e;al de alto nivel de2a de e"tar activa, a medida ue "e va!a vaciando "e mantiene en un ciclo de llenado (a2o e"ta -ilo"o-&a e" ono--.
+i%ura FC )etalle de la ló%ica com(inacional para "olicitar cemento al "ilo.
+i%ura FQ Re%i"tro de la "e;ale" en el ca"o "olicitar cemento al "ilo.
FB
%. Panel del M).
El panel del IM1 ue "e mue"tra en la -i%ura F "e realizó (a2o lo" criterio" de di"e;o e"ta(lecido", "e tiene un m&mico animado del proce"o como -i%ura central, en el cual lo" euipo" cam(ian de color indicando el e"tado paradaencendido, tam(ién "e pre"entan lo" (otone" de arranue individual para cada etapa del proce"o >llenar "ilo prev?, >Acc de rotación? ! >*inta"?K adem9", el (otón >Lin en"acado? enciende todo la l&nea en modo autom9tico. El (otón de >a2u"te? "irve para realizar a2u"te" ! prue(a" individuale" a lo" euipo" ! a2u"tar la velocidad de rotación de la en"acadora, el (otón >"ervicio? mue"tra el e"tado de la l&nea de en"acado en -unción a lo" mantenimiento" nece"ario" ! cantidad producida con opcione" a parametrizar varia(le", ! el (otón >in-o? mue"tra in-ormación del "i"tema ! del pro%rama como la ver"ión, #ora entre otro".
". %ontrolador P).
La re"pue"ta o(tenida para el control del actuador de la v9lvula do"i-icadora tuvo lo" "i%uiente" re"ultado" M9/imo So(reimpul"o Mp B,QK $iempo pico $p \ B,"K $iempo de "u(ida $r \ B,@"K $iempo de retar"o $d \ B,F"K $iempo de e"ta(lecimiento $" \ B,".
+i%ura F Panel del IM1.
+i%ura FV Re"pue"ta del *ontrol P1 aplicado a la 'alvula do"i-icadora.
En la -i%ura FV "e puede o("ervar la re"pue"ta "imulada en Simulin[ 0 Matla( con"iderando una re-erencia inicial de B,C ! lue%o "u(iéndola a B,Q e" po"i(le apreciar el cam(io en la acción de control para reducir la de"viación de la entrada.
*uando ocurre una -alla "e %eneran ventana" emer%ente" indicando el tipo de -alla ! el euipo donde "e pre"entó. El "i"tema permite ela(orar una capa de "e"ión, donde "e e"ta(lecieron 2eraru&a" de -uncionamiento para re"%uardo de lo" euipo" ! protección al per"onal. La "e"ión del operador "olo tiene permitido realizar lo" arranue" ! parada" de lo" euipo" en %rupo corre"pondiente" a cada "u("i"tema o a la l&nea completa, adem9" ver la in-ormación de la producción realizada, a2u"tar la velocidad de rotación, ! la "e"ión de mantenimiento, permite el acce"o al re"to de la" -uncione", a"& como reiniciar dato" de producción.
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FF
El panel del S*A)A, e" como "e mue"tra en la de lo" di"po"itivo" de protección ! "e%uridad, -i%ura F. O(tenido con el pro%rama 5L5 $ool[it permitieron veri-icar el (uen -uncionamiento de vD.. cada con2unto ! por ende, del "i"tema en "&, permitiendo validar el di"e;o propue"to, uedando li"to para la implementación.
+i%ura F. Panel del S*A)A
En e"te panel e" po"i(le vi"ualizar la" condicione" de encendido o apa%ado de la" l&nea" principale" del "i"tema, la "ecuencia de activación de "en"ore" de mue"treo cemento" de"i%nado" por el u"uario adem9" de lo" dato" de re%i"tro de alarma" en >tiempo real? permitiendo al "upervi"or la po"i(ilidad de re%i"tro a di"tancia del proce"o.
'1. RE+EREN*1AS FG , )uda >*ement )ata 3oo[6 'ol. @?. Alemania. 3auverla% 5m(I, F. @G E. 'e%a ! M. +a(i9n >)i"e;o de un "i"tema de manu-actura e"(elta para el proce"o de enva"ado de cemento en "aco" de CB7%. en la empre"a IOL*1M E*UA)OR S.A. planta Latacun%a. Univer"idad técnica de Am(ato, +acultad de 1n%eniera, Ecuador. @BFB DG Arduino8 Me%a A)7 (a"e de dato" en internetG S&dne! Arduino8 Actualizada en Noviem(re del @BFDK acce"o el DB de "eptiem(re de @BFG. )i"poni(le en #ttparduino.ccenMainArduino3oardMe%aA)7 G Ra"p(err! 34 (a"e de dato" en internetG Londre" Ra"p(err! +oundation Actualizada en A%o"to @BFK acce"o el DB de "eptiem(re de @BFG. )i"poni(le en #ttp:::.ra"p(err!pi.or%product"model6(6plu"
'. *ON*LUS1ONES Se lo%ró la "elección de la in"trumentación nece"aria para realizar el "en"ado de lo" par9metro" reuerido" con el propó"ito de realizar el control e-ectivo de la l&nea de empauetado. La "elección de la in"trumentación adecuada permitió la po"i(ilidad de "impli-icar el modelado del "i"tema de control, al punto de utilizar compuerta" ló%ica" para realizar la" "imulacione" del "i"tema. E"to permitió a "u vez, utilizar pro%rama" de "imulación "encillo" como el LO51*S1M ue no nece"itan de euipo e"pecializado para "u e2ecución. La "elección del #ard:are permitió la revi"ión de la" caracter&"tica" técnica" avanzada" o-recida" por di"po"itivo" como el Ra"p(err! P1 34, a"& como tam(ién de la placa Arduino8 ME5A A)7, validando de e"ta -orma "u implementación en el mane2o de proce"o" indu"triale" relativamente comple2o". La" "imulacione" de la" di"tinta" condicione" ue pueden pre"entar"e en el "i"tema de de"pac#o ! empauetado de cementoK a"& como de la activación >Der Encuentro Re%ional de *iencia, $ecnolo%&a e 1nnovación 0 Re%ión Oriente?, Univer"idad Politécnica $erritorial del Oe"te de Sucre >*lodo"(aldo Ru""i9n?, *uman9, @F al @D de octu(re de @BFC
