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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE LA AUTOMATIZACIÓN
DEL SISTEMA DE DOSIFICACIÓN DE GRÁNULO MINERAL EN COSTALES
DE 50 KILOS PARA LA EMPRESA IMBAPETREOS
Luis Fernando Salazar Botta
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
• Gránulo mineral el cual se obtiene mediante la trituración de piedra volcánica.
DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE GRÁNULO A SER ENSACADO
DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE GRÁNULO A SER ENSACADO
SITUACIÓN ACTUAL DE LA PLANTA
Maquinaria activada mediante uso de contactores.
Flujo del material a ensacar variable.
Proceso de ensacado manual.
Control de la producción, por conteo de sacos producidos.
Alto esfuerzo físico para realizar el proceso.
Error en la medición.
Exposición a polvo por parte del obrero.
Ausencia de históricos sobre la producción mensual.
FALENCIAS DEL SISTEMA Y SOLUCIÓN
Alto esfuerzo físico para realizar el proceso.
Error en la medición.
Exposición a polvo por parte del obrero.
Ausencia de históricos sobre la producción mensual.
FALENCIAS DEL SISTEMA Y SOLUCIÓN
Alto esfuerzo físico para realizar el proceso.
Error en la medición.
Exposición a polvo por parte del obrero.
Ausencia de históricos sobre la producción mensual.
FALENCIAS DEL SISTEMA Y SOLUCIÓN
Alto esfuerzo físico para realizar el proceso.
Error en la medición.
Exposición a polvo por parte del obrero.
Ausencia de históricos sobre la producción mensual.
FALENCIAS DEL SISTEMA Y SOLUCIÓN
Alto esfuerzo físico para realizar el proceso.
Error en la medición.
Exposición a polvo por parte del obrero.
Ausencia de históricos sobre la producción mensual.
FALENCIAS DEL SISTEMA Y SOLUCIÓN
REQUERIMIENTOS POR CUMPLIR
El sistema debe ser capaz de soportar el peso del producto final ya ensacado sin perder las características normales de funcionamiento.
Refiriéndose a la alimentación la fábrica cuenta con acometida de 110 VAC y de 220VAC.
El valor de error debe ser mínimo, con una tolerancia máxima del 2%.
El sistema debe contar con alarmas.
Disminuir el tiempo del proceso de ensacado, aumentando la producción de la fábrica.
REQUERIMIENTOS POR CUMPLIR
SOLUCIÓN PROPUESTA
ENERGIZADO DEL SISTEMA
INICIO
COMPARACIÓN
BANDA DISPENSADORA SENSORAMIENTO
MECANISMO DE PASO DE
MATERIAL
COLOCACION DEL COSTAL
VALOR CORRECTO
ALMACENAMIENTO DE DATO
LIBERACIÓN DEL COSTAL
FIN
INGRESAR SET POINT
SI
NO
DESACTIVACIÓN
ACTIVACION
INICIO DOSIFICACIÓN
LIBERACIÓN DEL COSTAL
DIAGRAMA DE FLUJO DE LA MÁQUINA
TIPOS DE SENSORES DE PRESIÓN
CELDAS DE CARGA DE TENSIÓN Y COMPRESIÓN
CELDAS DE CARGA CON VIGA EN FORMA DE S
CELDAS DE CARGA DE COMPRESIÓN
CELDAS DE CARGA DE UN SOLO PUNTO
CELDAS DE CARGA DE FLEXIÓN DE VIGA
TIPOS DE SENSORES DE PRESIÓN
CELDAS DE CARGA DE TENSIÓN Y COMPRESIÓN
CELDAS DE CARGA CON VIGA EN FORMA DE S
CELDAS DE CARGA DE COMPRESIÓN
CELDAS DE CARGA DE UN SOLO PUNTO
CELDAS DE CARGA DE FLEXIÓN DE VIGA
CONTROLADORES EMPLEADOS PARA APLICACIONES QUE INVOLUCRAN SENSORAMIENTO DE PESO
CONTROLADORES DEDICADOS CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES
JUSTIFICACION DE SELECCION DE EQUIPOS
Celda de Carga.Sensivilidad =2mV/VSeñal de salida, de voltaje o corriente, dependiendo del
trasductor.Dimensionamiento
Peso total= A + B + C + Tolerancia (3%)A: Peso de la tolva.B: Peso del sistema de sujeción.C: peso de un costal rebosando de producto.
Peso total = 15 +5 + 50 = 70 KgLa celda de carga UDB 7005, cuenta con carga máxima de 50 Kg, por lo que al usar 2 celdas de carga el peso de distribuye.
JUSTIFICACION DE SELECCION DE EQUIPOS
PLC KOYO DR06
16 entradas, 20 salidas (rele)Alimentacion 110VAC-220VACCapacidad de realizar cálculos matemáticos avanzados,
conversiones numéricas.Opción de entradas y salidas
analógicas, conexión a un HMI mediante el puerto serial.
JUSTIFICACION DE SELECCION DE EQUIPOS
Módulo de entrada analógica de 0-10V 12 Bits de resolución.
Número de entradas 4Rango entrada 0 a 5 VDC o 0 a 10 VDC
(seleccionable mediante jumper)Respuesta 10mSResolución 12 bit (de 0 a 4095)
JUSTIFICACION DE SELECCION DE EQUIPOS
Pantalla táctil EA1-S3MLWCuenta con una pantalla LCD de 3 pulgadas monocromática de 128 x 64 puntos.Tiene 5 botones físicos con funciones definidas por
el usuario y LED indicadores. Alimentación suministrado por el PLC.Funciones de botón, botón tipo switch,
luz indicadora, gráfico indicador, display numérico, entrada numérica, gráfico de barras y gráficos en tiempo real.
Diseño del Programa del MHI
Calibración Leer Monitoreo Configuración
Mediante un botón físico se puede regresar al menú principal.
Diseño del Programa del MHI
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Diseño del Programa del MHI
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Diseño del Programa del MHI
IMPLEMENTACION
EQUIPOS USADOS (INSTRUMENTACION)
EQUIPOS USADOS (CONTROL ACTUADORES)
DIAGRAMAS ENTRADAS DEL PLC
DIAGRAMAS DE SALIDAS DEL PLC
DIAGRAMAS FUERZA
DIAGRAMAS CONEXIÓN DE LOS SENSORES
DIAGRAMAS NEUMÁTICO
DIAGRAMAS TABLERO DE CONTROL
DISEÑO MECÁNICO DEL MODELO
DISEÑO MECÁNICO DEL MODELO
DISEÑO MECÁNICO DEL MODELO
OBTENCIÓN DE LA PLANTA
90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 1003000
3100
3200
3300
3400
3500
3600
3700
3800
Grafica de la Planta a Controlar
Peso Lb
Unid
ades
PLC
90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 1007.407.607.808.008.208.408.608.809.009.20
Grafica de la Planta a Controlar
Peso Lb.
Volti
os
Presentacion de resultados
RESULTADOS.
En la tabla se puede observar el desempeño de la dosificadora, notándose una tendencia a mantener un valor promedio de 99.2 libras por saco ensacado, sin sobrepasar la tolerancia de 2%, los mayores picos se presentan con máximo de 100 libras, y con un mínimo de 98.3 libras. En el caso de ser necesario el sistema cuenta con calibraciones tanto mecánicas, como electrónicas que permiten mantener un valor constante en el set point.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 2697
97.5
98
98.5
99
99.5
100
100.5
Peso ensacado
Peso
Lb.
El promedio de tiempo en llenar un costal es de 4,64 segundos, variando este valor entre un costal y otro por la disposición del material dentro de la banda al momento de ser transportado de la tolva de alimentación hacia la tolva de llenado.
Teniendo en cuenta esta tabla se puede estimar que en un día de trabajo es posible encostalar cerca de 320 costales, de gránulo de las mismas características que él que se uso para la obtención de estos datos.
RESULTADOS.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 300
1
2
3
4
5
6
7
Tiempo de Dosificación por Costal
Tiem
po (s
)
Dentro de lo que se refiere al crecimiento de la producción, se puede realizar una proyección, calculando que el promedio de quintales producidos diariamente aumentaría en 153%.
Este incremento se presenta debido a que el tiempo de ensacado promedio por saco disminuyo, lo cual permite ensacar una mayor cantidad de material en la misma jornada de trabajo.
RESULTADOS.
Días0
50
100
150
200
250
300
350
Crecimiento de la Producción
Cost
ales
por
Día
En la figura se aprecia la presencia de un peso faltante de material en cada costal, se tiene un pico máximo de 1.8 libras por costal, el promedio de material sobre ensacado es de 0,4 libras, lo cual se traduce a 1.5 costales de material diarios, reduciendo de forma significativa la perdida de dinero para la empresa fabricante.
RESULTADOS.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 260
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
Peso faltante
Peso
Lb.
Costos del Proyecto
COSTOS DEL PROYECTO
Equipo Electrico/Electronico
PLC (Controlador Lógico Programable) Koyo DR06. 400
Módulo de entrada analógica de 0-10V 12 Bits de resolución. 80
Fuente de poder de 12VDC, 15W. 60
Fuente de poder de 24VDC, 60W. 70
Pantalla táctil de 3 pulgadas. 150
Celda de carga UDB 7005 (2) 200
Transductor de medición de peso KM 02 180
Cable para programacion 30
Cable usb-rs232 20
Gabinete de control 100
Reles 20
Contactor de 10A 30
Breaker 20
Porta fusibles 5
Borneras 15
Riel 5
Cable 30
Canaletas 5
Terminales 4
Cable de alimentacion 15
Conectores 20
Pulsadores y luces 30
Subtotal 1489
COSTOS DEL PROYECTO
Material Mecanico
2 Planchas de acero de 3 mm 180
Pernos, arrandelas, tuercas, brocas. 200
Chumaceras ejes banda 36
Chumaceras eje cuchara 20
Dobleces 140
Banda + binchas 102
Eje cuchara 17
Suelda 100
Perfiles 90
Subtotal 885
COSTOS DEL PROYECTO
Otros
cilindros 100
Motor 120
Manguera neumatica/teflon conectores 40
Mano de obra construccion 500
Subtotal 760
Total 3134
GENERACION Y ALMACENIMIENTO DE DATOS EN TABLAS
ACCESO DE PANTALLAS DE CONFIGURACION MEDIANTE CONTRASENA
CONCLUSIONES
Durante la implementación del proyecto se evidencio una mejora en el proceso productivo, ya que el disminuir carga física a los obreros, permitió desarrollar una planificación del trabajo que repercutió en el aumento de la capacidad productiva.
Se dedujo la factibilidad de cumplir con la tolerancia del 2% al utilizar equiposelectrónicos que puedan detectar pequeños cambios en los valores de peso, e introduciendo calibraciones en la acción de los actuadores.
Mediante los diseños en 3D, diagramas, simulaciones y dimensionamientos se pudo realizar una adecuada implementación. Logrando solucionar rápidamente fallas existentes en el momento de la puesta en marcha.
RECOMENDACIONES
Es recomendable utilizar sensores y transductores que brinden un rango de medición lo suficientemente amplio, para tomar acciones correctivas en el caso de presentarse problemas o cambios de los límites a ensacar.
Se debe considerar la comprobación de la calibración y de los valores que el sistema genera, el recomendable usar un peso referencial estándar para garantizar estos valores.
Se debe considerar el peso de los sistemas a ser implementados, además de la distribución de los mismos para su funcionamiento, para evitar cambios innecesarios dentro los procesos ya existentes.
Gracias
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