INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE GUANAJUATO Nombre del proyecto: Prensa Hidráulica semiautomatizado mediante un PLC Logo
Nombre Materia: AUTOMATIZACIÓN
Nombre estudiante: Nombre
No. Control
Fernando Daniel Camargo Barrón
14111112
Víctor Jonás Camacho Colmenares
13111235
Dionisio Javier Olmos Patlán
14111230
Miriam Monserrat Rocha Baez
14111149
Grupo: 8° B
Carrera: Ingeniería en Mecatrónica
Fecha de entrega: 24/07/2018
INTRODUCCIÓN: La automatización es un sistema donde se transfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos. Uso de sistemas o elementos computarizados y electromecánicos para contralar máquinas y/o procesos industriales sustituyendo a operadores humanos. El alcance va más allá que la simple mecanización de los procesos ya que esta provee a operadores humanos mecanismos para sustituirlos en los esfuerzos físicos del trabajo, la automatización reduce ampliamente la necesidad sensorial y mental del humano, es más amplia que un mero sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que incluye los sensores y transmisiones de campo, los sistemas de control y supervisión, los sistemas de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar y controlar las operaciones de plantas o procesos industriales. Durante mucho tiempo la gente a tratado de hacer mejor los ajustes o desajustes de máquinas para que estos trabajos de comprimir o aplastar cosas se piense que la fabricación o compra de estos aparatos que ya ahora se pueden automatizar o en este caso semiautomatizar sea necesaria en cualquier industria, y sin embargo analizando todos los puntos de vista las ventajas son muy grandes como reducción de tiempo, el esfuerzo humano y también mejorar un punto específico que pueda comprimir o ejercer mejor acabado a algunos materiales. A lo largo del curso hemos visto o utilizado el PLC Logo por lo tanto ya tenemos conocimiento para ejercer lo aprendido en este proyecto y poder semiautomatizar la prensa mediante sensores que también a lo largo del curso se hicieron para poder implementarlos en este proyecto y el proyecto esté más completo y mejor semiautomatizado. El presente proyecto trata de un una prensa semiautomatizada en PLC Logo, para que haga un funcionamiento de aplastar o comprimir objetos que no estén tan duros de comprimir.
MARCO TEÓRICO: Un PLC o controlador lógico programable es un dispositivo electrónico utilizado para controlar de forma automática distintos procesos o maquinas. Estos PLC son computadoras capaces de automatizar procesos electromecánicos. Son muy utilizados en muchas industrias y maquinas. Estas computadoras son de fácil manejo por el operador, robustas, flexibles y económicas. Básicamente un PLC es capaz de ejecutar una acción (por ejemplo accionar un motor) dependiendo de la señal que reciba de otro proceso. Un ejemplo es se terminó de cortar las barras, por lo que al PLC le llega una señal de que haga funcionar el motor para que la cinta transportadora empiece a funcionar y transporte las barras cortadas.
Figura 1. PLC LOGO.
Unidad central de proceso (CPU): Este bloque es el encargado de consultar el estado de las entradas para que luego extraiga de la memoria del programa los pasos a seguir para elaborar las señales de salida. Memoria interna: Esta memoria es la encargada de mantener los datos que van surgiendo en los procesos intermedios que luego no se ven reflejados en la salida. Interfaces de entrada y salida: Establecen la comunicación entre el PLC y la planta o procesos de los cuales recibe información y a los cuales les envía las señales de salida .
Los sensores son dispositivos esenciales para la automatización de procesos. La función de los sensores es medir una variable asociada al fenómeno físico, tal como la posición, la temperatura o presión, y producir una señal de salida medible como voltaje o corriente, la señal de salida es acondicionada por medio de instrumentación electrónica. La mayoría de los sensores se construyen de acuerdo a las prioridades físicas de materiales semiconductores.
SENSORES ÓPTICOS Los sensores ópticos basan su funcionamiento de un haz de luz que es interrumpido o reflejado por el objeto a detectar. Tiene muchas aplicaciones en el ámbito industrial y son ampliamente utilizados. Los sensores ópticos están conformados por las siguientes partes: Fuente Receptor Lentes Circuito de salida
Figura 2. Led emisor y receptor.
Un detector infrarrojo es un tipo de dispositivo optoelectrónico que tiene la capacidad de medir la radiación electromagnética infrarroja que emiten los cuerpos que se encuentran dentro de su campo de visión. Se trata de un tipo de radiación que emiten todos los cuerpos de forma independiente a que exista otro tipo de luz ambiental. De este modo, permite observar espacios y objetos sin necesidad de que exista luz visible o de otro tipo en el entorno. El funcionamiento de un detector infrarrojo se basa en que los rayos infrarrojos pasan al interior del fototransistor donde se encuentra un material piroeléctrico, que es el que reacciona a la presencia de los rayos infrarrojos. Por lo general, estos dispositivos están integrados en configuraciones de diverso tipo. Distribución espectral: Se trata de una representación visual del espectro de luz producida por la fuente que emite la luz misma. Sensores pasivos: Se trata de un dispositivo que está formado solo por el fototransistor y que mide las radiaciones que proceden de los diversos objetos.
AMPLIFICADOR OPERACIONAL El amplificador operacional es un componente electrónico ampliamente utilizado en diversas aplicaciones de la electrónica analógica y digital. Permite realizar una amplia gama de operaciones tales como: suma, resta, integración y derivación. Él mismo cuenta con dos entradas y una salida. La salida es la deferencia de las dos entradas multiplicadas por un factor de Ganancia (G).
Figura 3. Entradas y salidas de amplificador operacional LM741.
ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES Aumenta su potencia además de su intensidad para que no sufra distorsión o atenuación por el proceso de medición sobre todo si la impedancia de entrada del circuito sensor no es suficientemente alta, esto se logra garantizando que la señal a medir tenga un nivel mínimo de potencia entregada; el acondicionamiento también incluye: Paso a escala logarítmica. Cambiar offset. Polaridad. Modulación. Mayor inmunidad a ruido. Estabilidad.
El opamp 741 tiene 5 entradas de conexión; inversor, voltaje positivo, voltaje negativo, salida.
SENSORES Un sensor es todo aquello que tiene una propiedad sensible a una magnitud del medio, y al variar esta magnitud también varía con cierta intensidad la propiedad, es decir, manifiesta la presencia de dicha magnitud, y también su medida. Sensores es un concepto genérico que hace referencia a diferentes tipos de sensores. Bajo esta palabra de sensores se entiende tanto las unidades que emite
una señal analógica, como las unidades que emite una señal binaria (encendido o apagado). En todos aquellos lugares donde no sea posible detectar magnitudes eléctricas se requiere sensores. Convierte una magnitud física en una magnitud eléctrica. Los sensores es un componente esencial de la automatización moderna, ya que las instalaciones deben detectar muchas magnitudes físicas. El trabajo de los sensores es de hacer legible las magnitudes físicas como presión, temperatura o fuerza, convirtiendo éstas en señales eléctricas. Para ello es necesario alcanzar una alta precisión, los sensores no deben influir demasiado en el proceso y el tiempo de reacción debe mantenerse el más corto posible.
HIDRÁULICAEs el estudio designado al análisis de los aceites esenciales utilizados en máquinas. Básicamente, los fluidos, en función de su viscosidad, hacen que una máquina se movilice y funcione, ahí entra la hidráulica, investigando sobre los líquidos que pueden hacer esta acción mucho más fiable y mejor. La actividad se centra en aumentar la presión del líquido, mediante el empleo de un circuito hidráulico, con un cilindro en constante movimiento. Con el descubrimiento de la energía, el campo de la hidráulica, se vio enfocada más hacia la producción de la electricidad. Actualmente, la hidráulica, se aplica en diversos procesos. El aire y el aceite a presión se utiliza para realizar excavaciones, levantar y movilizar diferentes tipos de maquinarias pesadas, como tractores y grúas. En el área industrial, se emplea para poder controlar máquinas. Asimismo, se utiliza en los campos correspondientes a automotriz, aeronáutica, naval y en la medicina.
ACTUADORESobtienen su energía de un fluido a presión, generalmente algún tipo de aceite mineral. Los actuadores hidráulicos se clasifican en tres grandes grupos: cilindros hidráulicos, motores hidráulicos y válvulas hidráulicas. La principal ventaja de estos actuadores es su relación potencia/peso. En la figura 4 se puede mostrar cada uno de los elementos internos que conforman un pisto. Los
actuadores
hidráulic os
Figura 4. Elementos internos de un actuador hidráulico.
Mecanismo biela manivela corredera Es un mecanismo que transforma un movimiento rotacional en un movimiento de traslación, o viceversa. El ejemplo actual más común se encuentra en el motor de combustión interna de un automóvil, en el cual el movimiento lineal del pistón producido por la explosión de la gasolina se trasmite a la biela y se con-vierte en movimiento circular en el cigüeñal.
Figura 5. Mecanismo biela corredera.
Motor levantavidrios Un motor es la parte sistemática de una máquina capaz de hacer funcionar el sistema, transformando algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento. Existen diversos tipos, siendo de los más comunes los siguientes:
Motores térmicos, cuando el trabajo se obtiene a partir de energía calórica. Motores de combustión interna, son motores térmicos en los cuales se produce una combustión del fluido del motor, transformando su energía química en energía térmica, a partir de la cual se obtiene energía mecánica. El fluido motor antes de iniciar la combustión es una mezcla de un comburente (como el aire) y un combustible, como los derivados del petróleo y gasolina, los del gas natural o los biocombustibles. Motores de combustión externa, son motores térmicos en los cuales se produce una combustión en un fluido distinto al fluido motor. El fluido motor alcanza un estado térmico de mayor fuerza posible de llevar es mediante la transmisión de energía a través de una pared. Motores eléctricos, cuando el trabajo se obtiene a partir de una corriente eléctrica.
Figura 6. Motor elevavidrios.
CONTENIDO: Software Para la parte de la programación primeramente se debe conocer cuál será el funcionamiento de la prensa y con qué elementos debe de contar, para esto se tiene la siguiente tabla en la que se muestra las entradas, las direcciones y las salidas de los sensores y actuadores del maquina semiautomatizada. Tabla 1. Entradas y Salidas para programación en Logo.
Entradas
Salidas
I1 START
Q1 ACTUADOR
I2 STOP
Q3 LED ENCENDIDO
I3 (S1) ACTUADOR RETRAIDO
Q4 LED RETRAER ACTUADOR
I4 (S2) ACTUADOR ACTIVADO I5 (S3) PRESENCIA PIEZA I6 (S4) SENSOR SEGURIDAD En cuanto la programación se puede ver en la figura 7 cada uno de las entradas mencionadas en la tabla anterior en las que, primeramente, se tiene el start del sistema, esto con la finalidad del encendido de la máquina y enseguida se tiene S1 que es el primer sensor con el que se marcará que el actuador estará retraído (adentro). A su vez, se tiene también el stop de la máquina junto con S2 de actuador activado y por último se tiene S4 que es el sensor de seguridad con una memoria como salida para mantener activadas durante todo el proceso esos sensores. Cabe mencionar que los últimos sensores están normalmente cerrados para que cuando se activen el sistema se detenga por medio del stop. En la siguiente línea de código se muestra la memoria en el inicio y como salida se tiene Q3, este pertenece a una lámpara que mostrará al operador que la máquina esta encendida. A esta misma línea se tiene enclavamiento con el sensor S3, este sensor dará la activación de que de por medio se encuentra una pieza y por lo tanto los pistones, o la prensa, deberá bajar para realizar el funcionamiento de aplastar. En ese mismo enclavamiento se tiene un timer con el que se activará el actuador (motor) para hacer bajar la prensa. Finalmente en la línea tres el sensor 2 en el cual se tiene la activación de los actuadores, por lo que se encuentra normalmente abierto; Se tiene también S1 de retraído y como salida Q4 que es un led más que marcará que la máquina esta lista para retraer los pistones.
Figura 7. Programación en Logo.
Máquina Una vez realizada la programación correspondiente al funcionamiento de la prensa hidráulica se muestra en la figura 8 el esquema del sistema de la prensa con su respectivo panel de control.
Figura 8. Sistema de prensa hidráulica.
La presente tabla muestra los materiales que se utilizaron para poder elaborar el sistema de la prensa. Tabla 2. Lista de material.
Material Tablas 40x15 Tablas 15x15 Tabla 10x10 Jeringas 20 ml Coples en Y Manguera ¼”
Pijas Tornillos Sensores presencia Silicón Industrial Cable para conexión Motor
Cantidad 2 2 1 9 5 5 metros 4 12 4 2 frascos 4 metros 1
Otras de las herramientas que se utilizaron se presentan en la siguiente tabla. Tabla 3. Lista de máquinas/herramientas.
Máquina/ Herramienta Cierra de madera Router Pistola de clavos Taladro Pinzas de corte Cautín Multímetro
Cantidad 1 1 1 2 2 1 2
Primeramente se elaboró la estructura de madera, enseguida se ajustaron las jeringas para de esta manera tener un dispositivo más largo para lo cual se cortó una de las jeringas y se unió a otra como se muestra en la figura 9.
Figura 9. Unión de jeringas.
A su vez se hizo la unión de lo que en este caso sería el pistón con la finalidad de que cubriera la distancia de lo que ahora mediría la jeringa, después se montaron las jeringas dentro de la estructura, posteriormente se colocaron las mangueras con los coples para poder tener el mismo suministro de agua a los actuadores, con el resto de la jeringa se hicieron unas válvulas. Una vez ya colocados los actuadores se comenzó con la instalación de los sensores de presencia. En la figura 10 se muestra el funcionamiento de dichos sensores en el que al no tener el receptor un la señal se mantiene un led encendido, de no ser así el led se apaga, esto es en la figura 10-a y 10-b respectivamente.
Figura 10-a. Sin transmisión de señal; 10-b transmisión de señal infrarroja.
Posteriormente se tiene que colocar los 4 sensores de tal manera para el sistema final, esto se puede ver en la figura 11.
Figura 11. Sensores montados en el sistema de prensa hidráulica.
Otro de los elementos importantes dentro del sistema de la prensa hidráulica es el mecanismo a utilizar para transmitir un movimiento hacia el actuador, para esto se realizó dentro del software de AutoCAD un diseño de mecanismo manivelacorredera como la que se muestra en la figura 12.
Figura 12. Mecanismo manivela-corredera.
Una vez que se unieron las piezas del mecanismo se montó sobre el motor al cual se denomina motor elevavidrios esto se puede ver en la figura 13.
Figura 13. Mecanismo instalado en motor.
RESULTADOS: Al tener ya las conexiones finales en todos los sistemas mostramos en la siguiente figura 14 de la instalación de la alimentación del fluido (agua) y distribución hacia los pistones.
Figura 14. Distribución de líquido hacia el sistema.
En la figura 15 se muestra el mecanismo que permitirá transmitir un movimiento rotacional a uno lineal para de esta manera permitir bajar el sistema de los actuadores.
Figura 15. Mecanismo.
La instalación final puede verse en la figura 16, la cual muestra cada uno de los elementos y componentes que intervienen en el funcionamiento del sistema. Del lado izquierdo se puede observar el mecanismo que transmite el movimiento hacia la primer jeringa, esta, por medio del fluido, permitirá bajar los 4 actuadores con la finalidad de aplastar el objeto que se encuentra dentro del sistema. En la parte central se encuentra la prensa como tal y a un costado el sistema de control, en el que se tienen los sensores y el PLC.
Figura 16. Prensa semiautomatizada.
Al alimentar el sistema con el líquido el sistema comienza a bajar, esto se muestra en la figura 17, en la que se aprecia el mecanismo unos centrimetro debajo de su posiciòn inicial.
Figura 17. Prensa bajando.
CONCLUSIONES: En la actualidad, muchos de los sistemas en la industria suelen ser sistemas automatizados, este tipo de máquinas permite una producción en serie de altos niveles, más sin embargo, tiene una gran desventaja ante la humanidad ya que no requiere de operarios dentro de la misma sino indirectamente. Esto, a su vez, podría tener consecuencias de alguna manera en algún problema con la programación u otras actividades físicas (de ser que la máquina trabaje con objetos robustos) es por eso que también existen máquinas que son semiautomatizadas, este tipo de máquinas permite tener un operario el cual este más involucrado con el funcionamiento de la misma. En el presente proyecto se involucró el conocimiento a los sistemas semiautomatizados teniendo como elemento principal una pr ogramación de PLC por medio del software Logo Comfort, a su vez se tuvieron sensores caseros que permitieron el funcionamiento adecuado al de una prensa de grandes escalas, estos sensores son sensores ópticos en los cuales se transmite una señal de un elemento emisor a un elemento transmisor y como finalidad está la interrupción de la señal involucrada (en este caso luz infrarroja) para de esta manera transformar esa interrupción en un movimiento o acción física.
Esta máquina consiste en un sistema semiautomatizado controlado por un PLC logo y movido con un motoreductor y jeringas para que haga la presión que necesita para aplastar cosas una ventaja es que el aparato está pequeño y aplaste cosas pequeñas como vasos o envases de aluminio.
REFERENCIAS: [1] Fundamentos de Robótica. UNED. curso 2001/2002. pdf. [2] Robot Dynamics and Control, Mark W. Spong, M. Vidyasagar, Wiley, 1989. [3] Modeling and Control of Robots Manipulators, L. Sciavicco, B. Siciliano, Springer, 2003. [4] Diseño de Mecanismos Análisis y Síntesis, G. Erdman Arthur, N. Sandor George; Tercer edición 1998. [5] Sensor Óptico Infrarrojo. Curso 2016. Pdf. [6] Logicbus, PLC. Curso 2010/2011. Pdf.
