Instituto Tecnológico Superior de Misantla
ING. ELECTROMECÁNICA ASIGNATURA
AUTOMATAS PROGRAMABLES GRUPO 704
PROYECTO TEMA
BANDA TRANSPORTADORA CON SELECCION DE TAMAÑOS DE CAJAS ALUMNOS LUIS ENRIQUE LOPEZ HUERTA JAHIR CONTRERAS CELIS JONADAB ROMANO BONILLA JOSE ARMANDO TEJEDA TRIANO
DOCENTE ING. VICTOR JOEL LOEZA Y HERNANDEZ MISANTLA, VERACRUZ
NOVIEMBRE, 2016
ÍNDICE INTRODUCCIÓN ................................................ ..................................................... ............ 4 OBJETIVOS ......................................................................................................................... 5 OBJETIVO OBJ ETIVO GENERAL GENERAL ...................................................... .............................................. 5 OBJETIVOS ESPECIFICOS .................................................... ...................................... 5 JUSTIFICACION ................................................................................................................. 6 METODOLOGIA ................................................. ..................................................... ............ 6 MARCO TEORICO ............................................. ..................................................... ............ 7 Bandas Transportadoras Transportadoras ......................................................................... .................... 7 Ardu Ar du in o Har dw are ar e ................................................... .................................................... ... 8 Software .................................................. ...................................................... .................... 9 Resistencias ................................................... ..................................................... ............ 9 LED .................................................................................................................................. 10 Protoboard ............................................. .................................................... .................... 10 Actu Ac tuad ador or es .................................................................................................................... 11 Actu Ac tuad ador or es eléc tr icos ic os ..................................................... ............................................ 11 Válvulas .......................................................................................................................... 12 Elementos eléctricos de entrada. ............................................................................ 13 Solenoides ..................................................................................................................... 13
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ÍNDICE INTRODUCCIÓN ................................................ ..................................................... ............ 4 OBJETIVOS ......................................................................................................................... 5 OBJETIVO OBJ ETIVO GENERAL GENERAL ...................................................... .............................................. 5 OBJETIVOS ESPECIFICOS .................................................... ...................................... 5 JUSTIFICACION ................................................................................................................. 6 METODOLOGIA ................................................. ..................................................... ............ 6 MARCO TEORICO ............................................. ..................................................... ............ 7 Bandas Transportadoras Transportadoras ......................................................................... .................... 7 Ardu Ar du in o Har dw are ar e ................................................... .................................................... ... 8 Software .................................................. ...................................................... .................... 9 Resistencias ................................................... ..................................................... ............ 9 LED .................................................................................................................................. 10 Protoboard ............................................. .................................................... .................... 10 Actu Ac tuad ador or es .................................................................................................................... 11 Actu Ac tuad ador or es eléc tr icos ic os ..................................................... ............................................ 11 Válvulas .......................................................................................................................... 12 Elementos eléctricos de entrada. ............................................................................ 13 Solenoides ..................................................................................................................... 13
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DESARROLLO ....................................................................................... ........................... 14 Programación en arduino .................................................................................. ........ 22 Diagrama de escalera escalera plc i mo smt s mt ed r20 ............................................................. 25 Conexión Conexión de Electroneumática Electroneumática ............................................................................... . 29 Esquema montaje ........................................................................................................ 31 RESULTADOS.................................................... ..................................................... .......... 32 CONCLUSIÓN ................................................................................................................... 33 ANEXOS ............................................................................................................................. 34 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................. 39
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INTRODUCCIÓN Las bandas transportadoras en el ámbito laboral relacionado con la industria son de mucha utilidad para el proceso de productos que hoy llegan hasta nuestras manos como refrescos, alimentos enlatados, lácteos, juguetes, automóviles, así como diferentes productos consumibles. En este caso nuestra banda transportadora servirá para transportar cajas de diferentes tamaños para separarlas de la siguiente manera; ya sea grande, mediana o chica, y a la cual se le adaptara un par de pistones neumáticos los cuales se encargaran de clasificarlas en contenedores separados, controlados con el programa FESTO-FluidSIM y con diferentes componentes que se utilizaran para complementar el buen funcionamiento de la banda transportadora de cajas por tamaño. Estas bandas no son más que grandes exenciones de hule, maya, metal u otros materiales que son movidas por rodillos y controlados por motores. Y los pistones serán movidos por una unidad compresora de aire adaptándole unos sensores que los accionen mediante una tarjeta lógica programable. Hoy en día, las exigencias de las industrias van más allá, por eso han implementado sistemas o herramientas eficaces; permitiendo que los procesos se realicen con una mayor eficiencia y rapidez satisfaciendo siempre la necesidad.
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OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Elaborar e implementar una banda transportadora mediante herramientas electrónicas, mecánicas y electro-neumáticas que con lleve a la clasificación y selección de objetos (en este caso cajas) por tamaño con ayuda de sensores, pistones y tarjetas lógicas programables.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Implementar una banda transportadora a la cual se le aran adecuaciones, lo que nos ayudara a clasificar cajas dependiendo su tamaño. Diseñar los circuitos que van hacer utilizados para la clasificación de objetos de acuerdo a su tamaño. Construir una banda con estructura personalizada, a la cual se implementara los circuitos y componentes necesarios para el funcionamiento correcto de esta; mediante herramientas electrónicas, mecánicas y electro-neumáticas.
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JUSTIFICACION Hacer este proyecto surge, de cómo poner en práctica nuestros conocimientos y habilidades en el área de sistemas neumáticos e hidráulicos de potencia, complementándola con mecanismos y automatización; con el fin de poder solucionar problemas en la industria de optimización de tiempos y personal. Llevando acabo una satisfacción directa tanto interna como externa de esta; tomando como referencia el mejoramiento continuo y factibilidades en clasificación y de los productos.
METODOLOGIA El desarrollo del proyecto tiene como metodologia tres constituyentes:
Investigacion: busqueda de la informacion, asesoria del instructor o personas externas que nos ayuden a la solucion del proyecto, se entregara una propuesta y esperar las correcciones de este.
Implementacion : realizar los planos de la parte electronica y automatica para luego trabajar en el proyecto.
Pruebas: que se cumpla con lo especificado el proyecto y mirar que mejoras hay que realizar para que funcione correctamente.
Luego se entregara como parte de evidencia un informe sobre todo lo utilizado en este.
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MARCO TEORICO Bandas Transportadoras Las bandas y rodillos transportadoras son elementos auxiliares de las instalaciones, cuya misión es la de recibir un producto de forma más o menos continua y regular para conducirlo a otro punto. Son aparatos que funcionan solos, intercalados en las líneas de proceso y que no requieren generalmente de ningún operario que manipule directamente sobre ellos de forma continuada. Las bandas transportadoras pueden adoptar diferentes dimensiones, posiciones y formas, pudiendo combinar todas sus variantes como son:
ancho de trabajo. Longitud útil. Inclinación. Tipo de banda transportadora. Movilidad. Baberos. Velocidad de transporte. Materiales de construcción. En cuanto a su composición: rodillo de arrastre. Rodillo loco. Banda transportadora. Bastidor o chasis apoyo banda transportadora. Rodillos de mantenimiento. Grupo motriz soportes chasis. Tensores y rodamientos.
IMAGEN 1 DISEÑO DE BANDA TRANSPORTADORA
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El funcionamiento de las cintas transportadoras consiste en mover la banda por el rodillo de arrastre a través del grupo motor-reductor, desplazándola al girar, produciéndose un movimiento lineal de ésta, quedando la parte superior descansando sobre el bastidor y la inferior en los rodillos de mantenimiento. Al girar el rodillo, éste desplaza a la banda transportadora, formando un ciclo cerrado entre los dos rodillos, siendo necesario tensarla para conseguir un rozamiento adecuado. La eficiencia, seguridad y productividad de una banda transportado ra son elementos críticos en cualquier operación industrial. Por consiguiente, la desalineación de las correas en un sistema transportador tiende a causar un gran problema en la operación, siendo esta la causa más común de paradas no planeadas, derrames y desgaste prematuro de los componentes del transportador.
IMAGEN 2 BANDA VISTA SUPERIOR
Los componentes estructurales, tales como la estructura de soporte, poleas y rodillos, tienen que ser alineados adecuadamente, y son los primeros que se deben verificar cuando se trata de identificar el causante de la falta de alineación. Todas las poleas, los rodillos de carga y retorno, y las poleas de doblez, deben estar alineadas con la estructura (perpendicular a la línea central de la banda), paralelas a sí mismas, y niveladas.
Ardui no Hardware Consiste en una placa de circuito impreso con un microcontrolador, usualmente Atmel AVR, puertos digitales y analógicos de entrada/salida, los cuales pueden conectarse a placas de expansión (shields), que amplían las características de funcionamiento de la placa Arduino. Asimismo, posee un puerto de conexión USB desde donde se puede alimentar la placa y establecer comunicación con el computador. 8
IMAGEN 3 ARUINO MEGA 2560
Software consiste en un entorno de desarrollo (IDE) basado en el entorno de Processing y lenguaje de programación basado en Wiring, así como en el cargador de arranque (bootloader) que es ejecutado en la placa.4 El microcontrolador de la placa se programa mediante un computador, usando una comunicación serial mediante un convertidor de niveles RS-232 a TTL serial.
IMAGEN 4 SOFTWARE ARDUINO
Resistencias Se denomina resistor al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito eléctrico. En el propio argot eléctrico y electrónico, son conocidos simplemente como resistencias. Existen resistores de valor manualmente ajustable, llamados potenciómetros, reóstatos o simplemente resistencias variables. También se producen dispositivos cuya resistencia varía en función de parámetros externos, como los termistores, que son resistores que varían con la temperatura; los resistores que dependen de la tensión a la cual son sometidos, o las fotorresistencias que lo hacen de acuerdo a la luz recibida.
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LED Un led (del acrónimo inglés LED, light- emitting diode: ‘diodo emisor de luz’; el plural aceptado por la RAE es ledes) es un componente opto electrónico pasivo y, más concretamente, un diodo que emite luz.
IMAGEN 5 ESTRUCTURA DE DIODO
Protoboard Una placa de pruebas (en inglés: protoboard o breadboard) es un tablero con orificios que se encuentran conectados eléctricamente entre sí de manera interna, habitualmente siguiendo patrones de líneas, en el cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para el armado y prototipado de circuitos electrónicos y sistemas similares. Está hecho de dos materiales, un aislante, generalmente un plástico, y un conductor que conecta los diversos orificios entre sí. Uno de sus usos principales es la creación y comprobación de prototipos de circuitos electrónicos antes de llegar a la impresión mecánica del circuito en sistemas de producción comercial.
IMAGEN 6 PROTOBOARD
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Actu ado res Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto sobre un proceso automatizado. Este recibe la orden de un regulador o controlador y en función a ella genera la orden para activar un elemento final de control como, por ejemplo, una válvula. Existen varios tipos de actuadores como son: Electrónicos Hidráulicos Neumáticos Eléctricos IMAGEN 7 ACTUADOR DOBLE EFECTO
Los actuadores hidráulicos, neumáticos y eléctricos son usados para manejar aparatos mecatrónicas. Por lo general, los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia, y los neumáticos son simples posicionamientos. Sin embargo, los hidráulicos requieren mucho equipo para suministro de energía, así como de mantenimiento periódico. Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadas desde el punto de vista de precisión y mantenimiento.
Actu ado res eléctricos La estructura de un actuador eléctrico es simple en comparación con la de los actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que sólo requieren de energía eléctrica como fuente de energía. Como se utilizan cables eléctricos para transmitir electricidad y las señales, es altamente versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la distancia entre la fuente de energía y el actuador. Existe una gran cantidad de modelos y es fácil utilizarlos con motores eléctricos estandarizados según la aplicación. En la mayoría de los casos es necesario utilizar reductores, debido a que los motores son de operación continua. Utilización de un pistón eléctrico para el accionamiento de una válvula pequeña.
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La forma más sencilla para el accionamiento con un pistón, sería la instalación de una palanca solidaria a una bisagra adherida a una superficie paralela al eje del pistón de accionamiento y a las entradas roscadas. Existen Alambres Musculares®, los cuales permiten realizar movimientos silenciosos sin motores. Es la tecnología más innovadora para robótica y automática, como así también para la implementación de pequeños actuadores. También existen los polímeros electroactivos, PEA (por su sigla en español) o EAP (por su sigla en inglés), los cuales son polímeros que usualmente cambian de forma o tamaño al ser estimulados por un campo eléctrico. Se utilizan principalme nte como actuadores, sensores, o la generación de músculos artificiales para ser empleados en robótica y en prostética.
Válvulas El dispositivo medular en un circuito electroneumático, es la válvula electroneumática. Esta válvula realiza la conversión de energía eléctrica, proveniente de los relevadores a energía neumática, transmitida a los actuadores o a alguna otra válvula neumática. Esencialmente, consisten de una válvula neumática a la cual se le adhiere una bobina sobre la cual se hace pasar una corriente para generar un campo magnético que, finalmente, generará la conmutación en la corredera interna de la válvula, generando así el cambio de estado de trabajo de la misma, modificando las líneas de servicio.
IMAGEN 8 VALVULAS
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Elementos eléctricos de entrada. Los Interruptores se instalan en un circuito para abrir o cerrar el flujo de corriente hacia algún dispositivo. En cuanto a la función se distingue entre los elementos contacto de cierre, contacto de apertura y contacto de conmutación. El contacto de cierre (normalmente abierto) tiene el cometido de cerrar el circuito, el contacto de apertura (normalmente cerrado) ha de abrir el circuito, el contacto de conmutación abre o cierra el circuito.
IMAGEN 9 ELEMENTOS ELECTRICOS
Solenoides Los solenoides hacen posible operar las electroválvulas con la ayuda de energía eléctrica. Un solenoide consiste en un bobinado el cual lleva en su núcleo un elemento desplazable el cual a su vez lleva adosado una corredera, carrete o spool. Cuando se energiza el solenoide el campo magnético en el núcleo desplaza a la corredera con lo cual se logra cambiar de una posición a otra a la electroválvula .
IMAGEN 10 ESTRUCTURA INTERNA DE SOLENOIDE
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DESARROLLO Para la elaboración de este proyecto de clasificación de cajas se elaboró inicialmente la estructura de la banda donde se ocupó una viga en “i”, se le dio una longitud de 1 metro con 60 cm de largo con una anchura de 13 cm. Posteriormente se consiguieron unos rodillos y se adaptaron junto con la banda de una cámara a la estructura antes realizada.
Para darle movimiento a la banda se añadió un motor de limpia-parabrisas a un costado de la banda adaptándolo con una base que se elaboró para sujetar el motor con la fuerza suficiente y con una cadena de bici se hizo girar el rodillo.
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Continuando con la construcción del proyecto se elaboraron las bases donde iría la base de los sensores, que soportaría los dos arduinos que utilizaremos como hardware para sensar y mandar la señal al PLC´s y este a su vez al pistón para separar a la caja grande.
Como se observa en la siguiente imagen es como queda la colocación de los dispositivos que ocuparemos en la banda transportadora.
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Se utiliza un tablero de control lógico programable para la elaboración de la programación de las válvulas y los arduinos, así como la activación del arduino al tiempo que el sensor ultrasónico sensa la caja grande.
La colocación de las diferentes partes que se necesitan para el funcionamiento de nuestra banda, fue de mucha importancia, para saber el tiempo de espera que necesitaba el pistón en salir, la velocidad de la banda, y la manera de conectar.
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El tablero portable donde se ubican las electroválvulas, se utilizó para poner en práctica el conocimiento que obtuvimos y así tener el tiempo para la salida del pistón que se activa a la entrada de una caja grande.
Base donde se ubica, los arduinos, que realizan el funcionamiento de los sensores ultrasónicos, que van a activar el proceso de separado de cajas a través del tamaño y activas al pistón electroneumático.
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Base donde ubicamos los sensores ultrasónicos, se realizó una colocación de diferencia de altura para así detectar el tamaño de las cajas.
En la parte de la base explicada anteriormente ubicamos las conexiones del sensor ultrasónico, las cuales es vcc, gnd, echo y trig, que van a las conexiones de los arduinos.
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Como se observa en la siguiente imagen ubicamos al pistón, ya activado saliendo del cilindro y se encuentra afuera el vástago, que este saca a la caja de la banda mandándola a otra producción de trabajo.
Momento en que sale el vástago del pistón y así empujando a la caja grande y separándola de la banda.
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Cuando la caja grande sale a otra producción empujada por el pistón, así a su vez la caja chica solo pasa derecho a la banda que es depositada en un carro de sensor anti choque, que la lleva a otro lote para su producción.
Los dos sensores ubican a la caja de acuerdo a su tamaño, en la siguiente imagen tenemos ubicadas en la banda dos cajas simuladas, como se observa tienen diferentes tamaños, siendo censadas por los arduino y activando al pistón electroneumático.
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Programación que se realizó para los arduinos mandaran la señal, a los dos sensores ultrasónicos, siendo estos los que definen el tamaño de la caja, la programación se basa en que al ser activado un led ubicado en los dos arduinos, estos activarían si el tamaño de cajas corresponde a grande o pequeña, y poder activar el pistón que activa el PLC´s si es una caja grande.
Como se muestra en la siguiente imagen, la programación del PLC´s encontramos que activa a el motor de la banda transportadora que siempre estará trabajando en un trabajo continuo, el funcionamiento de la programación se basa en contactores y temporizadores que realizan la activación de los sensores y si es una caja grande activar el pistón grande, y desactivar la electroválvula para que de nuevo regrese el vástago.
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Programación en arduino
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Colocación de los arduino y la progr amación antes escrita en el software de arduino, como se observa cada sensor ultrasónico se ubica con cada arduino.
Sensores ultrasónicos ubicados en la base y conexiones de cada uno relacionando por tamaño y se colo caron a una diferente altura.
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Diagrama de escalera plc imo smt ed r20
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Como se muestra en la siguiente imagen, la programación del PLC´s encontramos que activa a el motor de la banda transportadora que siempre estará trabajando en un trabajo continuo, el funcionamiento de la programación se basa en contactores y temporizadores que realizan la activación de los sensores y si es una caja grande activar el pistón grande, y desactivar la electrov álvula para que de nuevo regrese el vástago.
Conexiones del tablero del PLC´s y la conexión del software en base a una computadora con los driver cor respondientes.
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Conexión de Electron eumática Simulación que se realizó en fluid-sim neumática, para darnos una idea de cómo s ería la correcta conexión del pistón y las electroválvulas.
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La colocación de la conexión de las electroválvulas es como se ve en la imagen sigu iente que llega del tablero de neumática que se encuentra ubicado en el taller de electromecánic a, la colo cación del pist ón fue en una base para el desvió de la caja.
El tablero portable donde se ubican las electroválvulas, se utilizó para poner en práctica el conocimiento q ue obtuvimos y así tener el tiempo para la salida del pis tón que se activa a la entrada de una caja grande.
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Esquema montaje Mientras que el montaje en una protoboard sería el siguiente.
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RESULTADOS Los resultados que se obtuvieron en esta práctica de proyecto fue ron fundamentales para nosotros como equipo, se llevó a cabo las habilidades de cada uno de los integrantes del equipo, así como los conocimientos en las diferentes materias que aplicamos para el final y ejecución del proyecto. Como otra obtención que resulto fue que la banda a través de microcontroladores, electroválvulas y las conexiones que se hicieron el tablero de PLC´s, fue satisfactoria, porque al realizar la simulación de la banda transportadora se obtuvo el objetivo que era la separación de cajas de acuerdo al tamaño, así teniendo que si la banda en su recorrido llega a los sensores que activan la programación de PLC´s y las electroválvulas, la consecuencia seria si activa el sensor superior el pistón saldría del cilindro y empujaría a la caja y si es el casi contario si el sensor de abajo es activado la caja pequeña realizaría su recorrido normal y llegaría la final de la carrera de lavanda y caería al carro que la transportaría otra producción.
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CONCLUSIÓN Gracias a los aportes que se obtuvieron en cada una de las materias, realizamos con satisfacción la práctica que realizamos como proyecto para realizar las habilidades que obtuvimos en las clases que nos impartieron cada uno de los ingenieros para poder hacer el proyecto, cada uno de los integrantes realizo una tarea en específico para poder así terminar el proyecto en menor tiempo, y después explicar en concreto que se elaboró para el funcionamiento de la banda transportadora. La obtención que resulto de este proyecto fue que al se sensado los dos sensores ultrasónicos se activara la programación del PLC´s y este mandara una señal al pistón que es fundamental para la separación de las cajas, el tamaño de la caja grande es la que es empujada por el pistón y así es llevada a un lote de producción diferente de acuerdo a su tamaño, y en caso contrario si es una caja de menor tamaño la banda transportadora seguirá su recorrido, llegando al final de la banda y esta la depositara en un automóvil que se realizó también con un sensor ultrasónico que se basa en que con un servomotor le da el giro de 180 grados para poder sensar y este no chocar con algún objeto que lo obstaculice en su camino y a su vez es llevado a un lote donde el tamaño de la caja es esencial para su producción, así como finalidad obtuvimos que el proyecto fue en simulación y practica elaborado y ejecutado satisfactoriamente y llegando al objetivo de la banda.
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ANEXOS
IMAGEN CARRO TRANSPORTADOR DE CAJAS PEQUEÑAS
IMAGEN SALIDA DEL CARRO EN FINAL DE CARRERA DE BANDA TRANSPORTADORA
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IMAGEN DISEÑO BANDA TRANSPORTADORA
IMAGEN SOPORTE DE SENSORES ULTASONICOS
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IMAGEN TAPA POSTERIOR DE CAJA DE SENSORES
IMAGEN TAPA DE CAJON DE CIRUITO ARDUINO
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IMAGEN TAPA SUPERIOR CAJA DE SENSORES
IMAGEN TAPA SUPERIOR CAJA DE BORNES ENTRADAS DE MOTOR
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IMAGEN BASE DE COLOCACION DE SENSORES, PISTONES Y ARDUINOS.
IMAGEN DISEÑO DE BANDA TRANSPORTADORA
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