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AUTOMATIZACIÓN CON PLC REBOBINADORA WINDER

JOSE ALBERTO ZAPATA DAZA

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍAS

DEPARTAMENTO DE AUTOMATICA Y ELECTRONICA INGENIERÍA MECATRÓNICA

SANTIAGO DE CALI 2006

AUTOMATIZACIÓN CON PLC REBOBINADORA WINDER

JOSE ALBERTO ZAPATA DAZA

Pasantía para optar por el título de Ingeniero Mecatrónico

Director ALVARO JOSE ROJAS ARCINIEGAS

Ingeniero Mecatrónico

Asesor Externo HENRY SALINAS Técnico Eléctrico

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍAS

DEPARTAMENTO DE AUTOMATICA Y ELECTRONICA INGENIERÍA MECATRÓNICA

SANTIAGO DE CALI 2006

Nota de Aceptación:

Aprobado por el comité de Grado en cumplimiento de los requisitos Exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente par optar al titulo de Ingeniero Mecatronico

ALVARO JOSE ROJAS ARCINIEGAS Director Pasantia

Santiago de Cali, 10 de Febrero 2006

Dedico este trabajo a Dios que ha guiado mis pasos de tal forma que he podido apreciar el gran regalo que mis Padres, Milvia Daza y Miguel Zapata me han dado gracias a su apoyo moral y sacrificio financiero mediante el cual no solo me facilitaron la oportunidad de hacer uno de mis sueños realidad el cual era estudiar Ingeniería Mecatronica sino también han alimentado más la confianza de saber que cuando uno se propone alcanzar sus metas y hay enfoque todo sale bien. También dedico este triunfo a mi novia y amiga, Yury Sh. Rodríguez, porque es un gran ejemplo y una mujer que me ha enseñado cosas valiosas para mi vida, ha estado siempre conmigo y sé que cuento con su apoyo incondicional para salir adelante y ser un gran hombre.

AGRADECIMIENTOS Agradezco a Dios por todo lo bueno que me ha dado, salud, amor, amigos y mucha felicidad. A mi familia por todo su apoyo y compañía. A mi novia por estar junto a mi y brindarme sus conocimientos y todo su amor para mantenerme enfocado y con ánimos de hacer las cosas lo mejor posible. A PROPAL S.A por permitirme desarrollar mi Proyecto de grado en sus instalaciones, igualmente a todos mis compañeros de trabajo de los cuales pude aprender muchísimas cosas y compartir momentos agradables. A mi Director de proyecto, Álvaro Jose Rojas, que estuvo cuando lo necesité y siempre supo dar una respuesta a mis inquietudes permitiéndome así terminar satisfactoriamente mi trabajo. A mi Asesor externo, Henry Salinas, que ha sido uno de los apoyos mas grandes que he tenido durante la ejecución de este proyecto y es hoy en día una de las personas que admiro por su capacidad y compromiso en su trabajo y su familia. Al Ingeniero Filemon Aranda por estar siempre pendiente de mi proyecto y de lo que pude necesitar a lo largo del desarrollo de este. A la Universidad Autónoma de Occidente y a todos sus docentes que me ofrecieron sus conocimientos los cuales aprecio y seguiré enriqueciendo. A todos los anteriores y a los que en algún momento han pasado por mi vida y me han enseñado algo de la suya...Muchas Gracias!

CONTENIDO

pág. INTRODUCCIÓN.................................................................................................................. 4 1. DEFINICION DEL PROBLEMA..................................................................................... 6 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA......................................................................... 6 1.2 ANTECEDENTES........................................................................................................... 6 2. JUSTIFICACIÓN.............................................................................................................. 9 3. OBJETIVOS.................................................................................................................... 10 3.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................................. 10 3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ......................................................................................... 10 4. MARCO TEORICO ......................................................................................................... 11 4.1 AUTOMATIZACIÓN.................................................................................................... 11 4.1.1 Objetivos de la Automatización .................................................................... 11 4.2 PARTE OPERATIVA DEL PROCESO DE AUTOMATIZACIÓN ............................ 12 4.2.1 Detectores y Captadores ............................................................................ 12 4.2.2 Accionadores y Preaccionadores................................................................. 12 4.3 PARTE DE MANDO DEL PROCESO DE AUTOMATIZACIÓN ............................. 13 4.3.1 Tecnologías cableadas ................................................................................ 13 4.3.2 Tecnologías programadas............................................................................ 13 4.4 PLC................................................................................................................................. 14 4.4.1 Campos de aplicación .................................................................................. 14 4.4.2 Ventajas del PLC.......................................................................................... 15 4.4.3 Inconvenientes del PLC ............................................................................... 15 4.4.4 Funciones Básicas del PLC ......................................................................... 16 4.4.5 Funcionamiento del PLC.............................................................................. 17 4.5 PROGRAMACIÓN........................................................................................................ 17 4.5.1 Lenguajes de Programación ........................................................................ 18 4.6 ROBÓTICA.................................................................................................................... 18 5. METODOLOGÍA ........................................................................................................... 19 6. PROPAL. PRODUCTORA DE PAPELES S.A ............................................................. 21 6.1 HISTORIA ..................................................................................................................... 21 6.2 MISION.......................................................................................................................... 22 6.3 VISION .......................................................................................................................... 23 6.4 PRODUCTOS ................................................................................................................ 23 6.5 MEDIO AMBIENTE ..................................................................................................... 23 7. AUTOMATIZACIÓN WINDER..................................................................................... 25 7.1 ESTADO ANTERIOR BOBINADORA WINDER ...................................................... 25 7.1.1Datos generales ............................................................................................ 30 7.1.2Características generales.............................................................................. 31 7.2 IDENTIFICACIÓN DE NECESIDADES ..................................................................... 31 7.5 DISEÑO DETALLADO ................................................................................................ 34

7.5.1 Planos eléctricos originales bobinadora Winder ......................................................... 39 7.5.2 Planos secuenciales bobinadora Winder .................................................................... 39 7.5.3 Carnét’s de Cable bobinadora Winder ....................................................................... 39 7.6 PERSONAS QUE PARTICIPAN EN EL PROYECTO ............................................... 40 7.7 LISTADO Y COTIZACIÓN DE MATERIALES REQUERIDOS PARA MONTAJE E IMPLEMENTACIÓN .......................................................................................................... 40 MATERIALES AUTOMATIZACIÓN BOBINADORA.................................................... 41 MATERIALES AUTOMATIZACIÓN BOBINADORA.................................................... 42 7.8 PROGRAMA PLC ......................................................................................................... 42 7.9 PLANOS LÓGICOS PLC.............................................................................................. 44 7.10 DISEÑO DEL TABLERO PARA INSTALACIÓN DEL I/O REMOTO Y SUS RESPECTIVAS BORNERAS Y PROTECCIONES........................................................... 44 8. EVALUACIÓN FINAL DE LOS RESULTADOS Y BENEFICIOS OBTENIDOS ..... 45 8.1 RESULTADOS OBTENIDOS ...................................................................................... 45 9. CONCLUSIONES............................................................................................................ 46 10. RECOMENDACIONES ................................................................................................ 47 BIBLIOGRAFÍA................................................................................................................ 488 ANEXOS.............................................................................................................................. 49

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LISTA DE TABLAS

pág. Tabla 1. Plan de Trabajo 19 Tabla 2. Planteamiento de las necesidades 30 Tabla 3. Jerarquía de las necesidades 31 Tabla 4. Microinterruptores configuración velocidad. Scanner 34 Tabla 5. Materiales Automatización Bobinadora 39

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LISTA DE FIGURAS

pág. Figura 1. Variedad de productos PROPAL 22 Figura 2. Máquina WINDER 24 Figura 3. Microinterruptor Adaptador SW1 34 Figura 4. Microinterruptor Adaptador SW2 35 Figura 5. Microinterruptor Adaptador SW3 35 Figura 6. Opciones de direccionamiento adaptador 36 Figura 7. Disposición final 37 Figura 8. Isométrico del tablero Módulo I/O Remoto 43 Figura 9. Distribución de elementos en el tablero Módulo I/O Remoto 44 Figura 10. Tablero I/O Remoto terminado 45

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LISTA DE ANEXOS

pág. Anexo A. PLANOS SECUENCIALES BOBINADORA WINDER 46 Anexo B. CARNET’S DE CABLE BOBINADORA WINDER 61 Anexo C. PLANOS LÓGICOS PLC 72 Anexo D. PLANO TABLERO MODULO I/O REMOTO 107 NOTA: Para ver anexos explorar CD, Carpeta Anexos

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RESUMEN

Se propone en este proyecto la automatización con un PLC de la Bobinadora de papel WINDER ubicada en la Planta 2 de PROPAL S.A. con el fin de evitar el tiempo perdido por emergencias debido a fallas en los reles y facilitar la implementación de mejoras en la máquina que se reflejen en la calidad del producto.

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INTRODUCCIÓN La automatización ha sido y seguirá siendo la mano derecha del hombre en la búsqueda de una operación eficiente que permita alcanzar una mayor productividad en las empresas Colombianas que hoy se enfrentan a la necesidad de exigirse ser más competitivas en un momento en que la globalización lo pide, son muchos los beneficios que trae consigo la automatización y cabe citar algunos como lo son la “reducción de costos a través de un mejor control de producción.., la mejora de la calidad empleando procesos más repetitivos, disminuir la intervención humana y la posibilidad de error, minimizando daños a las piezas causados por el manejo manual de las partes y el aumento del nivel de seguridad”*, entre otros. Debido a los grandes aportes de la automatización y a la misión de la Universidad Autónoma de Occidente es importante que la ciencia se vincule al proceso de cambio que han adoptado muchas empresas regionales para así poder aportar al crecimiento de sus organizaciones. Con esta aplicación tecnológica correspondiente a la automatización de la Bobinadora de Papel WINDER deseo optar por el titulo de Ingeniero Mecatrónico y ayudar a que PROPAL Planta 2 alcance ese nivel competitivo que requiere para seguir destacándose a nivel nacional como una de las empresas de mayor reconocimiento y solidez.

* Mikell P, Groover. Fundamentos de Manufactura moderna. Mexico : Prentice Hall, 1997. p.1024.

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1. DEFINICION DEL PROBLEMA

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En un mercado altamente competitivo, la presión del costo y los requerimientos de calidad conducen a la necesidad de tener una estrategia sólida en automatización de procesos que simplifiquen tareas permitiendo un resultado eficiente que satisfaga todas las necesidades del cliente. Con el fin de evitar el tiempo perdido por emergencias debido a fallas en los reles y facilitar la implementación de mejoras en la máquina que se reflejen en la calidad del producto se propone en este proyecto la automatización con un PLC de la Bobinadora de papel WINDER ubicada en la Planta 2 de PROPAL S.A. Es necesario que los beneficios que trae consigo la automatización, como lo son, mejorar la productividad, calidad, seguridad, disminución de defectos y desperdicios, y la simplificación de las tareas de mantenimiento, entre otros, se reflejen con la ejecución de este proyecto. 1.2 ANTECEDENTES

Por siglos el ser humano ha construido máquinas que imiten las partes del cuerpo humano. Los antiguos egipcios unieron brazos mecánicos a las estatuas de sus dioses. Estos brazos fueron operados por sacerdotes, quienes clamaban que el movimiento de estos era inspiración de sus dioses. Los griegos construyeron estatuas que operaban con sistemas hidráulicas, los cuales se utilizaban para fascinar a los adoradores de los templos.

Como se ha visto, las tendencias de globalización y segmentación internacional de los mercados son cada vez más acentuadas. Y como estrategia para enfrentar este nuevo escenario, la automatización representa una alternativa que es necesario considerar.

Los países de mayor desarrollo, poseen una gran experiencia en cuanto a automatización se refiere y los problemas que ellos enfrentan en la actualidad son

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de características distintas a los nuestros. Por lo cual es necesario precisar correctamente ambas perspectivas.

La historia de la automatización industrial está caracterizada por períodos de constantes innovaciones tecnológicas. Esto se debe a que las técnicas de automatización están muy ligadas a los sucesos económicos mundiales.

Fue con el inicio de la Revolución Industrial, en la década de 1750, que comenzó a introducirse la automatización en la producción de bienes.

El uso de robots industriales junto con los sistemas de diseño asistidos por computadora (CAD), y los sistemas de fabricación asistidos por computadora (CAM), son la última tendencia y luego se cargaban en el robot inicia en automatización de los procesos de fabricación. Éstas tecnologías conducen a la automatización industrial a otra transición, de alcances aún desconocidos.

Aunque el crecimiento del mercado de la industria Robótica ha sido lento en comparación con los primeros años de la década de los 80´s, de acuerdo a algunas predicciones, la industria de la robótica está en su infancia. Ya sea que éstas predicciones se realicen completamente, o no, es claro que la industria robótica, en una forma o en otra, permanecerá.

En la actualidad el uso de los robots industriales está concentrado en operaciones muy simples, como tareas repetitivas que no requieren tanta precisión. Se refleja el hecho de que en los 80´s las tareas relativamente simples como las máquinas de inspección, transferencia de materiales, pintado automotriz, y soldadura son económicamente viables para ser robotizadas. Los análisis de mercado en cuanto a fabricación predicen que en ésta década y en las posteriores los robots industriales incrementaran su campo de aplicación, esto debido a los avances tecnológicos en sensorica, los cuales permitirán tareas mas sofisticadas como el ensamble de materiales.

En Colombia hoy se esta haciendo uso de la automatización para la optimización de procesos productivos, de edificios para mejorar la seguridad y administración de sus recursos, empresas como Robotec están siendo reconocidas por COLCIENCIAS debido a su excelente trabajo en Colombia y otros países, muchas empresas han adoptado esta estrategia, un buen ejemplo es el sector agrícola de nuestro país como lo son los ingenios azucareros.

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En PROPAL S.A. se tiene claro que la automatización trae consigo muchos beneficios que son necesarios y por esta razón han automatizado las prensas, el magazín (enrolladora de papel), el Circuito de ruptura y la Roll Wrapper y ahora la Bobinadora de papel que optimizará el proceso de elaboración de papel.

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2. JUSTIFICACIÓN La motivación principal de este proyecto es la utilización de las herramientas derivadas en el uso de Redes de Control Industrial, Diseño de Controladores e Instrumentación Industrial para la automatización de la Bobinadora WINDER en planta 2 de PROPAL con el fin de mejorar la eficiencia de la maquina y obtener mejores resultados en el producto terminado que logren satisfacer las necesidades del cliente. La automatización ofrece muchos beneficios para PROPAL y gracias a que la empresa cuenta ya con otros máquinas que han sido automatizadas el nivel de capacitación necesario es menor ya que se cuenta con un grado significativo de experiencia que permitirá que la automatización de la Bobinadora WINDER se realice bajo unos procesos y metodologías confiables. Debido al apoyo del área administrativa y financiera de la empresa se cuenta con los recursos y el presupuesto necesarios para llevar a cabo y sin contratiempos el proyecto planteado. Este influirá significativamente en la automatización de otros procesos ya que con los resultados que se obtengan se logrará ampliar la visión de PROPAL en cuanto a las múltiples ventajas que trae consigo la automatización. Académicamente este proyecto podrá ser guía clave para quienes quieran profundizar en este campo de aplicación de la Mecatrónica, el cual trae consigo muchos beneficios para las empresas regionales y nacionales, y por ende se podrá aportar un granito de arena a la competitividad no solo de las empresas sino del país. El desarrollo de este proyecto permitirá hacer extensiva la misión de la Universidad, ya que se podrá prestar ayuda a una empresa regional y con la optimización de sus procesos se incidirá en el incremento de la competitividad de la región a la vez que se genera conocimiento y nuevas oportunidades de mejora.

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3. OBJETIVOS 3.1 OBJETIVO GENERAL Automatizar con un PLC la Bobinadora WINDER. 3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS • Determinar las variables que involucra el proceso.

• Intervenir de la menor forma posible en la disponibilidad del equipo.

• Utilizar adecuadamente las herramientas proporcionadas por la organización con el fin de optimizarlas y alcanzar el objetivo general.

• Analizar los resultados y beneficios obtenidos.

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4. MARCO TEORICO 4.1 AUTOMATIZACIÓN La automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos. Un sistema automatizado consta de dos partes principales:

• Parte de Mando • Parte Operativa

La Parte Operativa es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada. Los elementos que forman la parte operativa son los accionadores de las máquinas como motores, cilindros, compresores ..y los captadores como fotodiodos, finales de carrera ...

La Parte de Mando suele ser un autómata programable (tecnología programada), aunque hasta hace bien poco se utilizaban relés electromagnéticos, tarjetas electrónicas o módulos lógicos neumáticos (tecnología cableada) . En un sistema de fabricación automatizado el autómata programable esta en el centro del sistema. Este debe ser capaz de comunicarse con todos los constituyentes de sistema automatizado.

4.1.1 Objetivos de la Automatización • Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costes de la producción

y mejorando la calidad de la misma.

• Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos penosos e incrementando la seguridad.

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• Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente.

• Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades

necesarias en el momento preciso.

• Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes conocimientos para la manipulación del proceso productivo.

• Integrar la gestión y producción. 4.2 PARTE OPERATIVA DEL PROCESO DE AUTOMATIZACIÓN 4.2.1 Detectores y Captadores. Como las personas necesitan de los sentidos para percibir, lo que ocurre en su entorno, los sistemas automatizados precisan de los transductores para adquirir información de:

• La variación de ciertas magnitudes físicas del sistema. • El estado físico de sus componentes

Los dispositivos encargados de convertir las magnitudes físicas en magnitudes eléctricas se denominan transductores. Algunos de los transductores más utilizados son: Final de carrera, fotocélulas, pulsadores, encoders, etc.

4.2.2 Accionadores y Preaccionadores. El accionador es el elemento final de control que, en respuesta a la señal de mando que recibe, actúa sobre la variable o elemento final del proceso. Un accionador transforma la energía de salida del automatismo en otra útil para el entorno industrial de trabajo. Los accionadores pueden ser clasificados en eléctricos, neumáticos e hidráulicos.

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Los accionadores más utilizados en la industria son: Cilindros, motores de corriente alterna, motores de corriente continua, etc. Los accionadores son gobernados por la parte de mando, sin embargo, pueden estar bajo el control directo de la misma o bien requerir algún preaccionamiento para amplificar la señal de mando. Esta preamplificación se traduce en establecer o interrumpir la circulación de energía desde la fuente al accionador. Los preaccionadores disponen de: Parte de mando o de control que se encarga de conmutar la conexión eléctrica, hidráulica o neumática entre los cables o conductores del circuito de potencia. 4.3 PARTE DE MANDO DEL PROCESO DE AUTOMATIZACIÓN

4.3.1 Tecnologías cableadas. Con este tipo de tecnología, el automatismo se realiza interconectando los distintos elementos que lo integran. Su funcionamiento es establecido por los elementos que lo componen y por la forma de conectarlos. Esta fue la primera solución que se utilizo para crear autómatas industriales, pero presenta varios inconvenientes. Los dispositivos que se utilizan en las tecnologías cableadas para la realización del automatismo son:

• Reles electromagnéticos. • Módulos lógicos neumáticos. • Tarjetas electrónicas.

4.3.2 Tecnologías programadas. Los avances en el campo de los microprocesadores de los últimos años han favorecido la generalización de las tecnologías programadas. En la realización de automatismos. Los equipos realizados para este fin son:

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• Los ordenadores. • Los autómatas programables.

El ordenador, como parte de mando de un automatismo presenta la ventaja de ser altamente flexible a modificaciones de proceso. Pero, al mismo tiempo, y debido a su diseño no específico para su entorno industrial, resulta un elemento frágil para trabajar en entornos de líneas de producción. Un autómata programable industrial es un elemento robusto diseñado especialmente para trabajar en ambientes de talleres, con casi todos los elementos del ordenador. 4.4 PLC Un autómata programable industrial (API) o Programable logic controller (PLC), es un equipo electrónico, programable en lenguaje no informático, diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial, procesos secuenciales. Un PLC trabaja en base a la información recibida por los captadores y el programa lógico interno, actuando sobre los accionadores de la instalación. 4.4.1 Campos de aplicación. 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. Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un proceso de maniobra, control, señalización, etc. , por tanto, su aplicación abarca desde procesos de fabricación industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, control de instalaciones, etc. 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:

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• 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

4.4.2 Ventajas del PLC. No todos los autómatas ofrecen las mismas ventajas sobre la lógica cableada, ello es debido, principalmente, a la variedad de modelos existentes en el mercado y las innovaciones técnicas que surgen constantemente. Tales consideraciones me obligan e referirme a las ventajas que proporciona un autómata de tipo medio. Menor tiempo empleado en la elaboración de proyectos debido a que:

• No es necesario dibujar el esquema de contactos • No es necesario simplificar las ecuaciones lógicas, ya que, por lo general la

capacidad de almacenamiento del módulo de memoria es lo suficientemente grande.

• La lista de materiales queda sensiblemente reducida, y al elaborar el presupuesto correspondiente eliminaremos parte del problema que supone el contar con diferentes proveedores, distintos plazos de entrega.

• Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni añadir aparatos.

• Mínimo espacio de ocupación. • Menor coste de mano de obra de la instalación. • Economía de mantenimiento. Además de aumentar la fiabilidad del sistema,

al eliminar contactos móviles, los mismos autómatas pueden indicar y detectar averías.

• Posibilidad de gobernar varias máquinas con un mismo autómata. • Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar

reducido el tiempo cableado. • Si por alguna razón la máquina queda fuera de servicio, el autómata sigue

siendo útil para otra máquina o sistema de producción. 4.4.3 Inconvenientes del PLC

• Hace falta un programador, lo que obliga a adiestrar a uno de los técnicos en tal sentido, pero hoy en día ese inconveniente esta solucionado porque las universidades ya se encargan de dicho adiestramiento.

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• El coste inicial es elevado. 4.4.4 Funciones Básicas del PLC

• Detección: Lectura de la señal de los captadores distribuidos por el sistema de fabricación.

• Mando: Elaborar y enviar las acciones al sistema mediante los accionadores y preaccionadores.

• Dialogo hombre maquina: Mantener un diálogo con los operarios de producción, obedeciendo sus consignas e informando del estado del proceso.

• Programación: Para introducir, elaborar y cambiar el programa de aplicación del autómata. El dialogo de programación debe permitir modificar el programa incluso con el autómata controlando la maquina.

• Redes de comunicación: Permiten establecer comunicación con otras partes de control. Las redes industriales permiten la comunicación y el intercambio de datos entre autómatas a tiempo real. En unos cuantos milisegundos pueden enviarse telegramas e intercambiar tablas de memoria compartida.

• Sistemas de supervisión: También los autómatas permiten comunicarse con ordenadores provistos de programas de supervisión industrial. Esta comunicación se realiza por una red industrial o por medio de una simple conexión por el puerto serie del ordenador.

• Control de procesos continuos: Además de dedicarse al control de sistemas de eventos discretos los autómatas llevan incorporadas funciones que permiten el control de procesos continuos. Disponen de módulos de entrada y salida analógicas y la posibilidad de ejecutar reguladores PID que están programados en el autómata.

• Entradas- Salidas distribuidas: Los módulos de entrada salida no tienen porqué estar en el armario del autómata. Pueden estar distribuidos por la instalación, se comunican con la unidad central del autómata mediante un cable de red.

• Buses de campo: Mediante un solo cable de comunicación se pueden conectar al bus captadores y accionadores, reemplazando al cableado tradicional. El autómata consulta cíclicamente el estado de los captadores y actualiza el estado de los accionadores

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4.4.5 Funcionamiento del PLC. Los autómatas programables son maquinas secuenciales que ejecutan correlativamente las instrucciones indicadas en el programa de usuario almacenado en su memoria, generando órdenes o señales de mando a partir de las señales de entrada leídas de la planta (aplicación): al detectarse cambios en las señales, el autómata reacciona según el programa hasta obtener las órdenes de salida necesarias. Esta secuencia se ejecuta continuamente para conseguir el control actualizado del proceso. La secuencia básica de operación del autómata se puede dividir en tres fases principales:

• Lectura de señales desde la interfaz de entradas. • Procesado del programa para obtención de las señales de control. • Escritura de señales en la interfaz de salidas.

A fin de optimizar el tiempo, la lectura y escritura de las señales se realiza a la vez para todas las entradas y salidas; Entonces, las entradas leídas de los módulos de entrada se guardan en una memoria temporal (Imagen entradas). A esta acude la CPU en la ejecución del programa, y según se va obteniendo las salidas, se guardan en otra memoria temporal ( imagen de salida). Una vez ejecutado el programa completo, estas imágenes de salida se transfieren todas a la vez al módulo de salida. El autómata realiza también otra serie de acciones que se van repitiendo periódicamente, definiendo un ciclo de operación. 4.5 PROGRAMACIÓN El sistema de programación permite, mediante las instrucciones del autómata, confeccionar el programa de usuario. Posteriormente el programa realizado, se trasfiere a la memoria de programa de usuario. Una memoria típica permite almacenar como mínimo hasta mil instrucciones con datos de bit, y es del tipo lectura/escritura, permitiendo la modificación del programa cuantas veces sea necesario.

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Tiene una batería tampón para mantener el programa si falla la tensión de alimentación. La programación del autómata consiste en el establecimiento de una sucesión ordenada de instrucciones, escritas en un lenguaje de programación concreto. Estas instrucciones están disponibles en el sistema de programación y resuelven el control de un proceso determinado.

4.5.1 Lenguajes de Programación. Cuando hablamos de los lenguajes de programación nos referimos a diferentes formas de poder escribir el programa usuario. El software actual nos permite traducir el programa usuario de un lenguaje a otro, pudiendo así escribir el programa en el lenguaje que más nos conviene. Existen varios tipos de lenguaje de programación:

• Mnemónico o Lista de instrucciones. • Esquema de contactos • Esquema funcional

4.6 ROBÓTICA La robótica es el arte y ciencia de la creación y empleo de robots. Un robot es un sistema de computación híbrido independiente que realiza actividades físicas y de cálculo. Están siendo diseñados con inteligencia artificial, para que puedan responder de manera más efectiva a situaciones no estructuradas.

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5. METODOLOGÍA Para la ejecución del proyecto y dando cumplimiento a los objetivos planteados se propone la siguiente metodología de trabajo:

• Visitas a la empresa para visualizar el proceso de producción de papel y las funciones de la Bobinadora WINDER dentro de éste.

• Evaluación de los planos eléctricos actuales de la Bobinadora WINDER. • Diseño de los planos Secuenciales y carnét’s de cables de la Bobinadora. • Realización de la lista detallada de los materiales requeridos para el

montaje e implementación de la Bobinadora con su debida cotización. • Realización del programa para el PLC en base a los planos Secuenciales. • Hacer los planos lógicos del programa del PLC. • Diseño del tablero para instalación del I/O Remoto y sus respectivas

borneras y protecciones. • Acompañamiento e inspección del cableado propuesto en los planos, el

cual se realizará por una empresa contratista designada por PROPAL S.A. • Pruebas del correcto funcionamiento de las tareas realizadas con

anterioridad para poder poner en marcha la máquina. • Evaluación final de los resultados y beneficios obtenidos.

• Elaboración del documento final del proyecto.

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Tabla

1. P

lan d

e tra

bajo

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6. PROPAL. PRODUCTORA DE PAPELES S.A

Empresa Colombiana dedicada a la producción de papel a partir de la fibra de caña de azúcar. Posee dos plantas de fabricación, Planta Nº 1 localizada en Yumbo, Valle del Cauca, a 10 Km. al norte de Cali y Planta Nº 2 localizada en Caloto Cauca a 25 Km. al sur de Cali. PROPAL S.A genera 1.500 empleos directos y 10.000 indirectos. Mueve el mercado del bagazo de caña de azúcar, carbón, cal y otros productos e insumos de origen nacional. Actualmente produce más de 200 calidades de papel para el mercado nacional y de exportación. PROPAL S.A, primera empresa Colombiana en la producción de papeles finos para imprenta, escritura y oficina. 6.1 HISTORIA PROPAL fue pionero en Colombia del proceso de conversión de tecnología de producción de papel ácido al sistema de encolado alcalino implementado desde 1994. Esta tecnología ha sido la tendencia en la industria de producción de papel de imprenta y escritura. Es así como en Europa cerca del 95% de los papeles son alcalinos. PROPAL, consciente de su compromiso con la industria gráfica, ha realizado esfuerzos con el objeto de fabricar para sus clientes el papel del siglo XXI. Recientes innovaciones en el proceso alcalino hacen posible a los fabricantes mejorar sustancialmente las propiedades básicas del papel y garantizar un producto de superior calidad.

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Los papeles fabricados con tecnología de encolado alcalino ofrecen notables ventajas frente a los papeles del tradicional sistema ácido, como son:

• Mayor vida útil del papel tanto en condición de materia prima como en productos finales.

• Un proceso de envejecimiento más lento, es decir, reversión de blancura o

variación del color.

• Disminución en el tiempo de secado de las tintas.

• Las propiedades ópticas del papel se mejoran en términos de blancura, opacidad y apariencia superficial, debido a la incorporación de mayor cantidad de pigmentos de carbonato de calcio en su estructura.

El sistema de encolado alcalino garantiza una mejor cohesión de toda la estructura del papel, factor que se traduce en una mayor resistencia a la humedad y en un mejor desempeño en los procesos de impresión, corte, plegado y troquelado. PROPAL tiene como objetivo la fabricación de productos de alta calidad y óptimo desempeño, aplicando las nuevas tecnologías y desarrollos de la industria papelera mundial. 6.2 MISION Ofrecer al mercado mundial, con énfasis en la región Andina, Pulpa, Papel y productos derivados, de calidad competitiva, complementados con una oferta de servicio personalizado y oportuno, obtenidos a través de una cultura de Gestión Integral. Buscar siempre el desarrollo del potencial y bienestar de nuestros colaboradores asumiendo una responsabilidad integral con la comunidad interna y externa. Obtener los resultados financieros que aseguren la consecución de los recursos necesarios para la reconversión tecnológica permanente de PROPAL y para maximizar el valor económico agregado a los inversionistas.

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6.3 VISION Ser preferidos en el mercado papelero donde participemos, por nuestra capacidad de ofrecer un servicio personalizado y oportuno frente a las necesidades de nuestros clientes, ofreciendo soluciones integrales para satisfacerlas. 6.4 PRODUCTOS PROPAL maneja 13 líneas de productos especializados para cada una de las necesidades del cliente en cuestión de papel. Figura 1. Variedad de productos PROPAL

PROPAL S.A. [en línea] : Productos PROPAL. Cali. [consultado 02 de Octubre, 2005]. Disponible en Internet: http://www.propal.com.co 6.5 MEDIO AMBIENTE Acorde con su política corporativa, PROPAL no ha ahorrado esfuerzos en el cuidado de la naturaleza.

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En la actualidad, supera los parámetros de control ambiental establecidos por la Ley, y sus procesos industriales procuran un buen uso y aprovechamiento de los recursos naturales, de acuerdo con el principio de Desarrollo Sostenible. El papel fabricado a partir de la fibra de caña de azúcar está catalogado internacionalmente como "Amigo de la Naturaleza", ya que su materia prima, el bagazo de caña, es un subproducto de la industria azucarera, renovable en cortos períodos de tiempo. Mediante el proceso de elaboración de papel con esta fibra se reducen los desechos sólidos y se produce un papel fino, biodegradable y reciclable. Por la calidad de los papeles y los beneficios ecológicos que se obtienen, la fibra de caña de azúcar es el recurso alternativo de mayor demanda en el mundo.

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7. AUTOMATIZACIÓN WINDER

7.1 ESTADO ANTERIOR BOBINADORA WINDER Figura 2. Máquina WINDER

La Bobinadora WINDER KL 1000 vertical es concebida para el recorte en largo de la hoja y su rebobinado en bobinitas, utilizando la norma de rebobinado sin husillo.

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La máquina incluye principalmente: • Un puesto de desenrollado. Incluye Soportes de desenrollado y Eyección de

los mandriles.

Los Soportes de desenrollado tienen unos bastidores que están montados sobre dos masivos de hormigón. Estos bastidores tienen una posibilidad de ajuste en el sentido través ±50 mm, este ajuste se consigue hidráulicamente. El acoplamiento del mandril se efectúa localmente y desde el pupitre de control por gato hidráulico. Un freno de parada de emergencia permite parar la rotación de la bobina madre. Eyección de los mandriles. Los soportes del puesto de desenrollado están equipados de un sistema hidráulico de eyección de los mandriles vacíos y del carril de almacenado para estos mandriles.

• Un puesto de corte. Incluye rodillo guía, cuchillos, mesa de corte, boquillas

de extracción de los recortes, dispositivo de desarrugado después de los cuchillos y equipo de embarcamiento de la hoja.

La construcción del rodillo guía hoja es de acera. El lado conductor puede ajustar en el sentido vertical y permite tensar la hoja de papel. El rodillo-guía esta equipado de un freno mecánico para parada de emergencia. Encima del rodillo-guía se encuentra un rodillo cubierto de caucho para embarcar la punta hacia la mesa de corte. Los cuchillos inferiores están arrastrados por motor de corriente alterna de frecuencia variable, montados sobre cremalleras de la traviesa inferior. Los cuchillos superiores están montados sobre las cremalleras de la traviesa superior. En el sentido vertical, el posicionamiento de los cuchillos superiores es realizado por mecanismo de tornillo al nivel de cada cuchillo. La presión de los cuchillos esta dirigida desde el pupitre. El cuchillo inferior y superior están unidos entre ellos por una barra.

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Un dispositivo con piñones y cremallera trae a su nueva posición el conjunto. Los cuchillos superiores e inferiores están desembragados y embragados desde la traviesa guía por enclavamiento. Para embarcar la hoja, los cuchillos superiores e inferiores están desembragados por gatos de aire. Las mesas de corte inferior y superior son de tipo rotativo dividido. Cada sección (alrededor de 1 metro) esta arrastrada por la hoja. Los rodamientos no necesitan ninguna lubricación. La tensión de la hoja se mide por dos medidores de esfuerzos colocados bajo los rodamientos divididos inferiores. Las boquillas de extracción de los recortes estas montadas bajo la mesa de corte. Dispositivo de desarrugado después de los cuchillos. Una barra de desarrugar esta colocada antes del rodillo portador más arriba. Tornillos situados a 300 mm de espacio, en el sentido través de la hoja, permiten ajustar la barra de desarrugar. Un rodillo entendedor arrastrado se sitúa más arriba de la hoja, después de los cuchillos. La rotación en el sentido axial así como la Posición en altura se ajustan de cada lado. El equipo de embarcamiento de la hoja, del rodillo guía a los rodillos portadores, se hace por aire comprimido y con ayuda de las chapas y de las rampas de soplado. Una banda transportadora pasa la punta bajo el rodillo portador más arriba y entre los rodillos portadores. Rampas de aire encima del rodillo portador más arriba, permiten el pasaje de la punta alrededor del conjunto de bobinitas incompletas Un rodillo de arrastre se entrega para embarcar la hoja sobre el rodillo-guía.

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• Un puesto de bobinado. Incluye bastidores, rodillos portadores, dispositivo de bloqueo de los mandriles, rodillo caballero y eyector de bobinas.

Los bastidores son construidos de acero mecano-soldado. Están montados sobre placas de asiento colocadas en la parte superior de los masivos de hormigón. Están unidos por dos traviesas ampliamente dimensionadas. Los bastidores están hechos de rígidos con ayuda de hormigón colado en el interior para reducir al máximo las vibraciones. Los rodillos portadores están montados sobre placas de asiento colocadas en la parte superior de los masivos de hormigón. Los rodillos portadores están equilibrados para la velocidad máxima de la bobinadora. Cada rodillo portador esta equipado con un freno de parada de emergencia. El rodillo más arriba tiene un ranurado especial que permite al aire escaparse desde la zona de presión. El rodillo mas abajo es liso. El dispositivo de bloqueo de los mandriles para el bobinado sin husillo esta equipado de un enclavamiento hidráulico controlado a distancia y de gatos neumáticos para transferencia vertical. El dispositivo de enclavamiento se puede ajustar de cada lado en función de los cambios de formato. El rodillo caballero dividido esta montado sobre una viga transversal fijada sobre palieres de rodamientos, que se desplaza sobre las dos superficies de guiado previstas sobre los bastidores. La presión del rodillo caballero es controlada por gatos hidráulicos unidos directamente a la viga transversal. El movimiento vertical del rodillo caballero esta sincronizado por un árbol de engranajes de piñón. El árbol esta montado sobre la viga transversal y unido a las cremalleras sobre bastidores. El árbol sincronizador es equipado de un sistema de enclavamiento de seguridad que bloquea mecánicamente la viga transversal en su posición superior durante los cambios de levantamientos.

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El eyector de bobinas funciona por gato hidráulico. • Una pala de bajada de las bobinitas. Montada sobre placa de asiento al

nivel del suelo. En la posición levantada, la pala de bajada sirve de dispositivo de seguridad protegiendo el personal.

• La instrumentación. Incluye pupitre de control y central hidráulica. Control de tensión de la hoja, par sobre rodillos portadores, levantamiento automático del rodillo caballero: El suministro incluye también la elaboración del señal “diámetro de las bobinitas”. El control automático de la presión del rodillo caballero, según uno de los tres programas posibles, esta incluido en el suministro. El pupitre de control es de acero mecano-soldado. Contiene los materiales de mando y de control de los dispositivos hidráulico, neumático y eléctrico. Los aparatos de control y de mando e indicadores son montados en la parte superior del pupitre. La central hidráulica se suministra con tres bombas y un filtro, esta pre-montada. Las tuberías de enlace (así como el soporte) entre grupo hidráulico, pupitre de control, órganos mandados están incluidos en el suministro. • Dispositivos de seguridad. Incluye parada de emergencia en marcha

embarcamiento, dispositivo de seguridad sobre la pala de bajada y seguridad sobre puertas.

Las fotoceldas de protección están previstas a cada extremidad de la pala de bajada de las bobinitas. La viga transversal del rodillo caballero tiene un enclavamiento de seguridad para evitar una caída accidental. Un botón pulsador de parada de emergencia esta previsto sobre el pupitre.

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La parada de emergencia en marcha embarcamiento es un dispositivo de seguridad maniobrable al pie sobre todo la anchura de la máquina, colocado delante del rodillo portador, trae la parada de la bobina y el levantamiento del rodillo caballero. Después de haber utilizado esta seguridad, un rearme desde el pupitre es necesario para la puesta de nuevo en marcha. El dispositivo de seguridad sobre la pala de bajada, funciona mediante células foto-eléctricas para el movimiento de subida de la pala. Un rearme al pupitre es también necesario después del funcionamiento de este contacto. La marcha normal de la bobinadora es imposible si la pala no esta levantada. La seguridad sobre puertas, la bobinadora se para si una de las puestas (lado C. o lado T.) esta abierta. La marcha de embarcamiento (velocidad de arranque) es posible puertas abiertas. 7.1.1 Datos generales CLASES DE PAPELES FABRICADOS Papeles impresión escritura y offset tratados en size-press, a base de pasta de bagazo. GRAMAJES DE LOS PAPELES FABRICADOS

• 35 a 140 g/m2 de impresión escritura • Papel para usos distintos 200 g/m max.

GRAMAJE PRINCIPAL: 60 g/m2

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7.1.2 Características generales

• Diámetro máx. de las bobinas madres 2.200 mm. • Anchura de hoja de la bobina madre 6.050 mm. • Anchura útil bobinadora 6.000 mm. • Velocidad mecánica de calculo y equilibrio 2.000 m/min. • Velocidad de transmisión eléctrica 1.700 m/min. • Velocidad de funcionamiento 1.500 m/min. • Diámetro nominal de las bobinas hijas 1.500 mm. • Ancho mín. de las bobinas hijas 185 mm. • Abertura mín. de 2 cuchillos consecutivos 140 mm. • Enrollado del papel, tipo sin eje (shaftless)

sobre mandriles cartón, diámetros interiores 76 y 120 mm.

• Tensión máx. de la hoja 1.5 KN/m

7.2 IDENTIFICACIÓN DE NECESIDADES Tabla 2. Planteamiento de las necesidades

PLANTEAMIENTO DE LAS NECESIDADES

Automatizar la Bobinadora WINDER. Localizar con mayor facilidad el punto o motivo de falla que se produzca en la Bobinadora WINDER. Disminuir el tiempo de paros por mantenimiento correctivos ocasionados por los relés de la Bobinadora WINDER. Crear e implementar una plataforma tecnológica que permita futuras mejoras en el desempeño y funcionamiento de la maquina. El montaje contribuirá al mantenimiento de la buena estética de la planta.

El montaje contará con todas las normas de seguridad requeridas por PROPAL.

Optimizar el tablero de control con acceso a nuevas herramientas.

El operario no se vera afectado por los cambios que se realicen a la máquina. Todo lo necesario para el montaje debe estar previamente revisado para evitar fallas durante el desarrollo de este. El montaje se debe realizar en el menor tiempo posible y con un margen de error tendiente a cero. La nueva implementación garantizará un funcionamiento adecuado tras un uso prolongado. Crear toda la documentación necesaria para el entendimiento pleno del montaje. Las partes requeridas para el montaje poseerán un buen respaldo técnico-comercial.

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7.3 JERARQUIA DE LAS NECESIDADES Teniendo en cuenta las premisas y restricciones al igual que las opiniones de fuentes externas y criterios del equipo de trabajo, se jerarquizaron las necesidades con una escala de 1 a 5 de menor a mayor, para así ser agrupadas en necesidades mas globales que dirigirán al equipo. Tabla 3. Jerarquía de las necesidades.

Nº NECESIDAD

IMP.

1 Automatizar la Bobinadora WINDER. 5

2 Localizar con mayor facilidad el punto o motivo de falla que se produzca en la Bobinadora WINDER. 5

3 Disminuir el tiempo de paros por mantenimiento correctivos ocasionados por los relés de la Bobinadora WINDER.

5

4 Crear e implementar una plataforma tecnológica que permita futuras mejoras en el desempeño y funcionamiento de la maquina. 4

5 El montaje contribuirá al mantenimiento de la buena estética de la planta.

3

6 El montaje contará con todas las normas de seguridad requeridas por PROPAL. 5

7 Optimizar el tablero de control con acceso a nuevas herramientas. 4

8 El operario no se vera afectado por los cambios que se realicen a la máquina. 4

9 Todo lo necesario para el montaje debe estar previamente revisado para evitar fallas durante el desarrollo de este.

5

10 El montaje se debe realizar en el menor tiempo posible y con un margen de error tendiente a cero. 4

11 La nueva implementación garantizará un funcionamiento adecuado tras un uso prolongado. 5

12 Crear toda la documentación necesaria para el entendimiento pleno del montaje. 5

13 Las partes requeridas para el montaje poseerán un buen respaldo técnico-comercial. 4

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7.4 ESPECIFICACIONES FUNCIONALES. • Hace referencia a las necesidades 1, 2, 3, 4 y 7. Para la automatización de la Bobinadora WINDER se hará uso de un PLC para así aprovechar su robustez y las ventajas que ofrece para la automatización. Así se podrán encontrar los puntos de falla producidos en la máquina, facilitar el mantenimiento y se tendrá la posibilidad de realizar futuras mejoras.

• Hace referencia a la necesidad 5. El cableado se realizará con cable encauchetado multilíneas, el Tablero del PLC se hará de acuerdo a un diseño previamente planeado.

• Hace referencia a la necesidad 6. Se seguirán las normas y requisitos exigidos por el departamento de Salud Ocupacional para evitar accidentes y disminuir los riesgos ocupacionales.

• Hace referencia a la necesidad 8. Al momento de realizar el programa del PLC se utilizarán técnicas para que este no modifique la percepción del operario. • Hace referencia a las necesidades 9 y 10. Las evaluaciones y el control periódico permitirán detectar fallas en los materiales y equipos, además, del posible incremento del tiempo de montaje. Igualmente se hará uso de marcas y planos guías para orientar el cableado. • Hace referencia a las necesidades 11 y 13. Todos los elementos utilizados en la implementación serán de marcas reconocidas por su calidad y respaldo.

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• Hace referencia a la necesidad 12. Se generarán los documentos respectivos y se dejarán disponibles para los operarios de la máquina y personal de mantenimiento. 7.5 DISEÑO DETALLADO

El sistema original de control de los accionamientos de la bobinadora Winder es por medio de lógica cableada a través de reles electromecánicos enchufables marca chavin arnoux los cuales son de importación por lo que su costo es elevado, además por ser un control con muchos enclavamientos posee muchos puntos de falla como: • Daño en los contactos del rele • Líneas sueltas en las base del rele • Daño en la base del rele • Daño en la bobina del rele Estos daños se presentan por desgaste natural de los equipos ya que llevan mas de 13 años en servicio, además, la lógica cableada no facilita el seguimiento de fallas. La bobinadora tiene un PLC SLC 500 5/04 marca Allen Bradley y una PanelView Plus 1000 los cuales manejan las curvas de alivio y el mando de velocidad de la Winder, aprovechando este PLC se instalo un Rack I/O Remoto donde se encontraba el antiguo tablero de reles y se monto una red RIO entre este y el PLC con el fin de realizar el control de los accionamientos de la Winder. Se creo el programa Ladder de forma estructurada por sistemas de la bobinadora por medio de rutinas con el fin de facilitar el seguimiento de fallas, además se crearon rutinas de mantenimiento para escalización y ajustes de la Winder desde la PanelView. Para llevar a cabo la comunicación entre el PLC y el Modulo I/O Remoto, se utilizo un Scaner 1747-SN, ubicado en el PLC (posición 8) y un Adaptador 1747-ASB,

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ubicado en el Modulo I/O remoto donde normalmente esta ubicado el procesador SLC (posición 0). El Adaptador actúa como gateway entre el escáner y los módulos de I/O que residen en el chasis remoto. Éste asigna la imagen de los módulos de I/O en su chasis remoto directamente a la imagen del procesador SLC o PLC. El Scanner tiene dos microinterruptores donde se configura únicamente la velocidad de comunicación: Tabla 4. Microinterruptores configuración velocidad. Scanner

SW1 SW2 VELOCIDAD (KB) RECORRIDO MÁX. CABLE 1 1 57.6 3048 1 0 115.2 1524 0 1 230.4 762 0 0 NO VALIDO NO VALIDO

Nosotros trabajamos con 115.2 Kb que soporta una distancia máxima de 1524 metros, distancia suficiente para nosotros dejando una buena tolerancia. La configuración mas importante se efectúa en al Adaptador. Este tiene tres microinterruptores con las siguientes posiciones: Figura 3. Microinterruptor Adaptador SW1

Rockwell Automation. Remote I/O Adapter Module (Catalog Number 1747-ASB) : Installation Instructions. United States : Rockwell Automation, 2005. 9 p.

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Este microinterruptor se debe dejar todas sus posiciones en ON (1), esto indica que el Adaptador esta ubicado en la posición cero (0). Figura 4. Microinterruptor Adaptador SW2


En este microinterruptor se configura la velocidad en K baudios, y debe ser igual que la que se configuro en el Scanner. Figura 5. Microinterruptor Adaptador SW3


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En el tercer microinterruptor se configura con el bit 5 y 6 el modo de direccionamiento. Los procesadores SLC direccionan por rack lógico y grupo lógico a los módulos de I/O que residen en el chasis. El direccionamiento de ranura se refiere a cómo se asigna a cada ranura de chasis una cantidad específica de la imagen del módulo 1747-ASB. La cantidad depende del tipo de direccionamiento de ranura seleccionado; están disponibles direccionamientos a 2 SLOTS, 1 SLOT y 1/2 SLOT. Figura 6. Opciones de direccionamiento adaptador

Rockwell Automation. Remote I/O Adapter Module (Catalog Number 1747-ASB) : Installation Instructions. United States : Rockwell Automation, 2005. 7 p. En nuestro caso trabajamos con la opción de 1 SLOT, porque con la opción de 2 SLOTS seria necesario tener I/O híbridas porque de lo contrario seria muy difícil organizar el direccionamiento de la entradas y salidas. Con la opción de 1/2 SLOT se perdería mucha memoria, y aunque con la opción de 1 SLOT se pierde una palabra es la mejor para nosotros.

38

La disposición final queda de la siguiente manera:

• El PLC SLC 500 5/04 continua manejando la parte análoga de la maquina, como lo estaba haciendo anteriormente.

• El modulo I/O Remoto manejara los accionamientos locales de la maquina.

• La comunicación entre el PLC y el I/O Remoto se hará a través de una RED

RIO (Remote I/O).

• La comunicación entre el PLC y la PanelView se hará a través de una RED DH+.

• En el PLC se hará una expansión para manejar los Drives de la

Subestación.

• El Scanner esta ubicado en el Rack ocho (8) del PLC, y el Adaptador en el Rack cero (0) del I/O Remoto.

En el siguiente grafico se puede observar la anterior disposición:

Figura 7. Disposición final

C

P

U

S

C

A

N

E

R

A

D

A

P

T

E

R

Accionamientos Locales

Drives Subestación Análogo

DH+

CABLE BELDEN

RED RIO

PANELVIEW PLUS 1000

PLC SLC 500 5/04 EXPANSION RACK PPAL.

MODULO I/O REMOTO

CABLE DE EXPANSION

39

7.5.1 Planos eléctricos originales bobinadora Winder. Estos son los planos originales que se entregaron con la maquina y serán nuestra base de inicio para realizar los planos secuenciales. Al terminar el proyecto estos planos serán obsoletos y todo se trabajara sobre los planos que se realizaran en el transcurso del proyecto. No se anexa los planos eléctricos porque no están disponibles en formato digital. 7.5.2 Planos secuenciales bobinadora Winder. Son 11 planos en total y muestran toda la distribución de los Rack’s del PLC y sus respectivos Tag’s de identificación. También se encuentran el nombre de las cajas de paso a tener en cuenta. Ver Planos secuenciales en los Anexos 7.5.3 Carnét’s de Cable bobinadora Winder. Los Carnet’s de Cables se hicieron para facilitar el montaje y evitar errores al momento de tirar el cableado. Se hará uso de marcas para identificar en punta y punta del cable cada una de las líneas mostrando su punto de partida y su punto de llegada. De igual forma cada encauchetado también tendrá su respectiva nomenclatura donde se especifica el Rack que ocupa en el PLC y los canales que ocupa. En estos planos también se encuentra qué tipo de Cable (# de líneas y calibre) se debe utilizar y su respectivo metraje, que también nos será útil al momento de realizar las requisiciones de compra de los materiales. Los Carnet’s de Cables son 11 en total y son una herramienta que darán una guía importante al personal encargado de realizar el cableado y un orden a la marcación de los cables para que en un futuro todo sea fácil de identificar y ubicar. Ver Carnet’s de Cables en los Anexos

40

7.6 PERSONAS QUE PARTICIPAN EN EL PROYECTO Pasante JOSE ALBERTO ZAPATA DAZA Estudiante Ingeniería Mecatrónica Director de pasantía ALVARO JOSE ROJAS Ingeniero Mecatrónico. Docente Asesor Externo FILEMON ARANDA Gerente Dpto. E/I PROPAL Planta 2 Asesor Externo Técnico HENRY SALINAS Eléctrico E/I Máquina PROPAL 7.7 LISTADO Y COTIZACIÓN DE MATERIALES REQUERIDOS PARA MONTAJE E IMPLEMENTACIÓN Tabla 5. Materiales Automatización Bobinadora

MATERIALES AUTOMATIZACIÓN BOBINADORA

ITEM DESCRIPCION REF. UND CANT. V/UND V/TOTAL

1 TABLERO DE 2000mm X 1200mm X 600mm según PLANO UND 1 $511,950 $511,950

2 BORNERA LEGRAND VIKING 3 39060 UND 230 $1,190 $273,700

3 TAPA FINAL BORNERA LEGRAND 39450 UND 25 $0,820 $20,500

4 FRENO FINAL PHOENIX CONTAC 1201442 UND 50 $1,449 $72,450

5 MARCADOR SOBRE FRENO PHOENIX CONTAC

800323 UND 50 $1,502 $75,100

6 DISYUNTOR 1 AMP TELEMECNIQUE GB2CD06 UND 12 $26,600 $319,200

7 DISYUNTOR 2 AMP TELEMECNIQUE 6B2CD07 UND 2 $26,600 $53,200

8 DISYUNTOR 5 AMP TELEMECNIQUE 6B2CD10 UND 4 $26,600 $106,400

9 DISYUNTOR 20 AMP TELEMECNIQUE 6B2DB22 UND 1 $34,200 $34,200

10 TERMINALES PUNTA CALIBRE 16 LEGRAND

37664 UND 3000 $0,023 $69,000

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ITEM DESCRIPCION REF. UND CANT. V/UND V/TOTAL 11 MARCAS LEGRAND ( 0 ) 38210 UND 886 $0,041 $36,326

12 MARCAS LEGRAND ( 1 ) 38211 UND 1163 $0,041 $47,683









21 MARCAS LEGRAND ( / ) 38270 UND 440 $0,041 $18,040

22 MARCAS LEGRAND ( · ) 38271 UND 505 $0,041 $20,70523 MARCAS LEGRAND ( - ) 38273 UND 465 $0,041 $19,06524

MARCADOR PARA CONDUCTORES TIPO CAPSULA DEXON

PMC50 UND 350 $0,320 $112,000

25 ETIQUETAS AUTOADHESIVAS PARA PMC50 BLANCAS DEXON

ETIQ11 UND 500 $6,420 $6,420

26 BOLIGRAFO INDELEBLE PARA ETIQ11 UND 3 $2,710 $8,130

27 CONECTOR PARA ELECTROVALVULA MARCA FESTO

MSSD-C 34583

UND 50 $0,0 $0,0

28 JUNTA LUMINOSA FESTO A 220 VAC MC-LD-230AC 19146

UND 50 $0,0 $0,0

29 CABLE 3X16 + 1 600 V MARCA TELDOR 8DBP103109 MTS 955 $2,23 $2.128,982

30 CABLE 6X16 + 1 600 V MARCA TELDOR 8DBP106109 MTS 210 $4,56 $958,482





35 CABLE BELDEN PARA RED RIO 9463 MTS 150 $0,00 $0,0

36 CHASIS PARA 7 MODULOS 1746-A7 1 $294,90 $294,90

37 CABLE INTERCONEXIÓN ENTRE CHASIS 914.4 MM

1746-C9 1 $155,80 $155,80

38 TAPAS FRONTALES SLOT VACIO 1746-N2 8 $16,00 $128,00

39 MODULO DE 16 E. A 200/240 VCA. 1746-IM16 1 $272,80 $272,80

42


ITEM DESCRIPCION REF. UND CANT. V/UND V/TOTAL 40 MODULOS DE 16 S. POR RELÉ 1746-OW16 1 $282,00 $282,00

41 FUENTE ALIMENTACIÍON A 120/240 VCA 10A

1746-P4 1 $636,90 $636,90

42 400-HI Electromechanical Relay Output, W/Screx Terminals, Spdt (1 C/O), 220-240V AC/DC, Pkg. Qty. Of 10

700-HLT1U2 100 $10,00 $1.000,00

43 20-Way Jumper Link, Red Color 700-TBJ20R 6 $1,50 $9,00

44 20-Way Jumper Link, Blue Color 700-TBJ20B 6 $1,50 $9,00

45 Custom Printed Competitive Snap In Marker 6x10mm

1492 - MC6X10C

UND 200 $7,60 $1.520,00

46 Single Ckt, Fusible Screwless Term, Blk., 4mm Max. Wire, W/Neon Blown Fuse Indicator, Black, Pkg. Qty Of 25

1492-WFB4250

135 $6,70 $904,50

47 Snap-In Marker Card, 5mm x 10 mm, White, Pkg. Qty. Of 5

1492-M58X9 2 $3,40 $6,80

48

IEC 1-Circuit Feed-Through Black, Plug-In Comb Connections On One Side of Each Circuit, 2.5 mm^2 Max. Wire, Gray, Pkg. Qty. Of 50

1492-JC3 100 $0,75 $75,00

49 Female Plug, 10 Poles, Gray, Pkg. Qty. Of 50

1492-Q95-10 100 $1,44 $144,00

50 Snap-In Marker Card, 5mm x 10 mm, White, Pkg. Qty. Of 5

1492-M5X10 2 $3,39 $6,78

TOTAL $12.675,82

En total se requieren de acuerdo a las cotizaciones realizadas una inversión en materiales y equipos de US$ 12.675,82 para ejecutar el proyecto de automatización de la bobinadora WINDER. 7.8 PROGRAMA PLC Debido al nivel de complejidad y gran tamaño de la maquina, el programa se dividió por partes funcionales de la Bobinadora para reducir las posibilidades de error y facilitar la revisión del programa.

43

El programa empieza desde el Ladder # 5 con la Puesta en Tensión de la Maquina. Ladder # 6 Mando de la Central Hidráulica. Ladder # 7 Enclavamiento Bobina. Ladder # 8 Embrague. Ladder # 9 Oscilación BackStand. Ladder # 10 Seguridad Puente Grúa. Ladder # 11 Frenos desenrrolladora, Guía y Portadores. Ladder # 12 Transportador y soplado embarcamiento. Ladder # 13 Pistón sobre rodillo guía. Ladder # 14 Mando cuchillos. Ladder # 15 Mando husillos y Puntas de bobinado. Ladder # 16 Mando parásito. Ladder # 17 Mando bajada de la pala. Ladder # 18 Eyector. Ladder # 19 Seguridades.

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Ladder # 20 Interlocks. Ladder # 21 Señales desde los DC Drives. Ver Ladder`s en los Anexos 7.9 PLANOS LÓGICOS PLC En los planos de los lógicos podemos encontrar el SÍMBOLO de cada una de las entradas y las salidas, también, su respectiva descripción y la posición en el PLC. Son en total 35 planos y se hicieron en base a los Ladder’s. Ver Planos en los Anexos 7.10 DISEÑO DEL TABLERO PARA INSTALACIÓN DEL I/O REMOTO Y SUS RESPECTIVAS BORNERAS Y PROTECCIONES. Figura 8. Isométrico del tablero Módulo I/O Remoto

45

Figura 9. Distribución de elementos en el tablero Módulo I/O Remoto

.

45

8. EVALUACIÓN FINAL DE LOS RESULTADOS Y BENEFICIOS OBTENIDOS 8.1 RESULTADOS OBTENIDOS Satisfactoriamente se dio cumplimiento a los objetivos planteados en este proyecto presentado para optar por el título de Ingeniero Mecatrónico. Se realizó la automatización de la Bobinadora WINDER ubicada en Planta 2 de PROPAL S.A. La implementación y puesta en servicio de la Bobinadora WINDER se realizaron de acuerdo a lo estipulado en el cronograma o plan de trabajo, es decir, para la tercera semana del mes de enero de 2006 se finalizaron las actividades en la Planta 2 de PROPAL S.A. Figura 10. Tablero I/O Remoto terminado

46

9. CONCLUSIONES • Se automatizó con un PLC SLC 500 y un Módulo I/O Remoto la Bobinadora

WINDER. • La disponibilidad del equipo se intervino de la menor forma posible, el

programa se probó en un PLC de prueba con anterioridad para luego cargarlo en el campo y el montaje se realizó en una sola parada.

• Se realizaron las evaluaciones y el control periódico que permitieron evitar

fallas en los materiales y equipos, además, del posible incremento del tiempo de montaje.

• Se utilizaron adecuadamente las herramientas proporcionadas por la

organización con el fin de optimizarlas.

• El análisis de los resultados y beneficios obtenidos permitió hacer recomendaciones atractivas para la empresa.

• Se identificaron físicamente muchos de los componentes y elementos de los

cuales solo se tenía información teórica obtenida en las clases, esto permitió una mayor apreciación de las ventajas y desventajas de cada uno a nivel industrial.

• Para el levantamiento de los planos se usó un estándar utilizado por PROPAL

donde se especifica al detalle cada uno de estos.

47

10. RECOMENDACIONES • Crear displays de ayuda dinámicos en la PanelView para facilitar el

seguimiento de fallas y reducir así tiempos perdidos.

• Cada vez que se realice un cambio en los planos se debería realizar la actualización en su formato digital e imprimirlo con el fin de que todas las modificaciones queden registradas en los medios disponibles al usuario.

• Tener disponibilidad de un equipo con AutoCad para facilitar la modificación y

actualización de los planos.

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BIBLIOGRAFÍA OCAMPO GAVIRIA, Alfonso. Manual sobre Misión, Visión, Valores y Políticas de Propal S.A : Santiago de Cali : Propal S.A, 2005. 31 p. COLCIENCIAS [en línea] : A la vanguardia en automatización de edificios, Inteligencia 'made in Colombia'. Bogotá D.C.: Bancos Colciencias, 2001. [consultado 30 de octubre, 2005]. Disponible en Internet: http://www.colciencias.gov.co/agenda/pn69.html El Rincón del Vago [ en línea ] : Automatización. Salamanca : [consultado 12 de Noviembre, 2005]. Disponible en Internet: http://html.rincondelvago.com/automatizacion.html. INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS. Normas Colombianas para la presentación de Tesis y otros trabajos de grado : NTC 1486. Quinta actualización. Santafé de Bogotá D.C. : ICONTEC, 2002. 34 p. MIKELL P. Groover. Fundamentos de manufactura moderna : Automatización de los procesos de manufactura. 3 ed. México : Prentice Hall, 1997. 1062 p. Rockwell automation [ en línea ]: Automation Systems Catalog. United States : Rockwell automation, 2006. [consultado 02 de enero, 2006]. Disponible en Internet: http://www.theautomationbookstore.com

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