automatizacion para linea de paletizado
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TESINA
AUTOMATIZACION PARA LINEA DE PALETIZADO
QUE PRESENTA
C. JOSUÉ LOAIZA FLORES
EN CUMPLIMIENTO PARCIAL DE LA
ESTADÍA PRÁCTICA DE
INGENIERÍA MECATRÓNICA
ASESOR ACADÉMICO
Ing. Rolando Lizárraga Bañuelos
ORGANISMO RECEPTOR
IDTec Automatización
Mazatlán, Sin. 9 de Diciembre de 2016
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AGRADECIMIENTOS
Quiero agradecer a mis padres por brindarme apoyo moral incondicional
en el transcurso de mis estudios profesionales, a mis compañeros, profesores, y
directivos, por el apoyo que me brindaron en clase y fuera de ella, ya que el
estudiar y trabajar no fue fácil, sin su apoyo no hubiese terminado como hoy lo
hago (Proverbios 12:26 NVI). Por ultimo me tomo el tiempo de nombrar unas
personas que son muy importantes para mí y que no solo en el transcurso de mi
carrera si no el en transcurso de mi vida fueron un apoyo inmenso y una gran
bendición, ellos, y me refiero a la familia Osuna Muñoz, que me han adoptado
como un integrante de su familia, me han guiado y enseñado a tomar decisiones
por mí mismo, me han ayudado en el medio económico (Proverbios 15:33 NVI).
A las personas antes mencionadas y muchas otras que me brindaron
su apoyo incondicional, estoy sinceramente agradecido y ligo estos hechos
con algunos proverbios que en algún momento de mi vida leí.
Y para finalizar a todos ellos les digo, que mi corazón es grato y jamás
olvido ni olvidare cuando me extendieron su mano.
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RESUMEN
AUTOMATIZACION PARA LINEA DE PALETIZADO
Josué Loaiza Flores
Ingeniería Mecatrónica
Universidad Politécnica de Sinaloa
Mazatlán, Sinaloa, Diciembre 2015
Asesor: Rolando Lizárraga Bañuelos
La Real Academia de las Ciencias Físicas define la automática como el conjunto de métodos
y procedimientos para la substitución del operario en tareas físicas y mentales previamente
programadas. De esta definición original se desprende la definición de la automatización como
la aplicación de la automática al control de procesos industriales.
Cuando se habla de paletizacion se habla de un proceso de agrupación de una cierta
cantidad de producto sobre una superficie con la finalidad de conformar una unidad de manejo
que pueda ser transportada y almacenada en una sola operación. ¿Esto para qué? Para satisfacer
las necesidades logísticas planteadas por la globalización de mercados y así cumplir con los más
altos estándares demandando sencillez y agilidad reduciendo costos operacionales.
Así tenemos que el proyecto que se llevara a cabo le brindara al consumidor un menor
tiempo de operación e implicara también un costo menor y alcanzar garantías, rapidez y sencillez
de traslado con un mejor trato a sus clientes.
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ÍNDICE GENERAL
AGRADECIMIENTOS V
RESUMEN VI
ÍNDICE DE FIGURAS IX
INTRODUCCION 1
CAPITULO 1 Antecedentes Históricos 2
1.1 Historia de la automatizacion 2
1.2 Historia del PLC 3
CAPITULO 2. Diseño electrico
2.1 Direccionamiento 6
2.2 Componentes y dispositivos electricos 6
2.2.1 Dispositivos de Control 7
2.2.2 Dispositivos de Comunicación 11
CAPITULO 3 Diseño Mecánico
3.1 Conveyor 12
3.2.1 Mesa Alineadora 13
3.2 Estaciones 13
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CAPITULO 4. Robot 14
CAPITULO 5. Bibliografia
CAPITULO 6. Conclusiones
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 MODICON El primer PLC 5
Figura 2.1 1768 Compactlogixs Controller Allen-Bradley 7
Figura 2.2 Point I/O 1734 Allen-Bradley 8
Figura 2.3 Modulos Point I/O 1734 IB8 8
Figura 2.4 Variadores de CA PowerFlex 525 Allen-Bradley. 9
Figura 2.5 Interlock T15-GD2 10
Figura 2.6 1783-US8T Switch Ethernet Allen-Bradley. 11
Figura 2.7 Panel view 1000 Plus Figura 3.1 Conveyor con sistema de piñones y cadenas. Figura 3.2 Mesa alineadora. Figura 3.3 Estaciones Figura 4.1 Robot M410ic-185 Fanuc
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INTRODUCCIÓN
IDTec automatización es una empresa mexicana cien por ciento mecatrónica
situada en el área metropolitana de Monterrey en el estado de Nuevo León, siendo una
pequeña pero no menos importante empresa integradora que provee sistemas
confiables para empresas de impacto que procesan diferentes tipos de productos hoy
en día como; automotrices, de consumo, alimenticios, entre otros.
¿Qué caracteriza a IDTec? IDTec no solo ofrece líneas de producción para sectores
industriales, si no que provee una arquitectura segura, proporciona seguridad al
personal humano que lo opera gracias a que cumple con la norma ISO 13849-1:2006,
también ofrece soluciones de diseño conceptual, diseño mecánico, eléctrico,
instrumentación y control, fabricación, suministro de partes, comprobación y pruebas
de aceptación.
Con lo antes mencionado resumo un poco el funcionamiento de este proyecto, que
consiste en un conveyor con un sistema de cadenas, automático que transporta secciones de
láminas cubiertas de plomo para la elaboración de baterías automotrices. Por otra parte
tenemos un Robot Fanuc con una secuencia ya programada en la misma empresa, la cual se
encarga de tomar el producto que viene sobre el conveyor y redirigirlo a las estaciones de
pallet, donde se encuentra un layer y se colocara el producto.
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Capítulo 1. ANTECEDENTES HISTORICOS
1.1 Historia de la automatizacion
Bajo la presión de la segunda Guerra Mundial se introdujo en las fábricas toda
clase de elevadores de horquilla y transportadores para acelerar la marcha de los
materiales. Estos se convirtieron en parte integral de la línea de montaje, llevando
artículos de una máquina a otra.
Ford fue el primero que trató de construir, dentro de una fábrica, una máquina
cuya constitución interna imitase un organismo viviente. El brazo móvil mecánico, con
su mano, fue el primer mecanismo de un robot que actuaba exactamente como los
órganos sensoriales. Era un brazo flexible, articulado. En el extremo tenía una grapa
compleja parecida a una mano de acero. La grapa asía la pieza en que se trabajaba y
la colocaba en la herramienta. Este elemento estaba regido a la distancia por un rollo
de papel horadado, como el rollo de música de una pianola. Los agujeros permitían
que los contactos eléctricos se hicieran únicamente en los puntos prefijados. Estos
determinaban todos los movimientos separados: a qué velocidad tenía que moverse,
cuándo los dedos tenían que cerrarse, a qué distancia debía llegar el brazo móvil,
dónde y cómo tendría que colocar el material de trabajo.
El brazo móvil fue un acontecimiento espectacular. Economizó tiempo, dinero y
trabajo humano. El cerebro mecánico que apuntó hacia objetivos militares durante la
guerra ahora aceleraba la producción de un automóvil Ford. Los ingenieros
comenzaron a preguntarse por qué los mecanismos serviles no podían dar órdenes a
todas las otras máquinas de la planta y regir la fábrica entera. La automatización de
toda una fábrica fue una aventura en que debería jugarse un billón de
dólares. Ford decidió correr el riesgo.
El monstruo de múltiples brazos tenía una cuadra de largo y ejecutaba 540
operaciones mecánicas. Había 265 taladros automáticos, 6 fresadoras, 21 barrenadoras,
56 escariadoras, 101 avellanadores, 106 terrajas de contratuercas y 133 inspecciones.
Las mediciones empezaron a realizarse por medio de pulsaciones eléctricas, en lugar
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de dientes metálicos. La manipulación se hizo con condensadores eléctricos en lugar
de levas. Los movimientos fueron comandados por alambres de conexión y no por
palancas. El capataz fue una cinta magnética que daba una serie de órdenes en forma
de sí y de no a los tubos electrónicos, que a su vez la retransmitían cual soldados de
centinela a los lugares de trabajo.
A los músculos mecánicos se acoplaron cerebros electrónicos.
La automatización hizo anticuados todos los conceptos normales de la
producción en masa. El trabajo se realiza en una fábrica con rapidez mil veces superior
a lo que lo pueden hacer las manos humanas. Lo que empezó siendo una barra de
metal se taladró, horadó, fresó, acepilló, troqueló, aserró, cizalló, trituró y afiló; y
mientras tanto daba saltos mortales el tiempo bajo los transportadores aéreos y salía
finalmente convertido en 150 motores terminados por hora.
El éxito de la operación Ford contribuyó a que la automatización se extendiera
velozmente por todo el territorio de los Estados Unidos. El sistema telefónico es
automatizado casi en un 90 por ciento. En cintas perforadas se registran los números
llamados y la ciudad, la hora en que comenzó la llamada y la hora en que terminó. Las
computadoras reúnen, traducen, clasifican y resumen toda la información facturable.
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1.2 Historia del PLC
El PLC (Control Lógico Programable) apareció con el propósito de eliminar el
enorme costo que significaba el reemplazo de un sistema de control basado en relés
(relays) a finales de los años 60. La empresa Bedford Associates (Bedford, MA)
propuso un sistema al que llamó Modular DigitalController o MODICON a una
empresa fabricante de autos en los Estados Unidos.
En el sistema basado en relés, estos tenían un tiempo de vida limitado y se
necesitaba un sistema de mantenimiento muy estricto. El alambrado de muchos relés
en un sistema muy grande era muy complicado, si había una falla, la detección del
error era muy tediosa y lenta. Este nuevo controlador tenía que ser fácilmente
programable, su vida útil tenía que ser larga y ser resistente a ambientes difíciles. Esto
se logró con técnicas de programación conocidas y reemplazando los relés por
elementos de estado sólido.
Los PLC podían incluso estar alejados de la maquinaria que controlaban, pero
la falta de estandarización debido al constante cambio en la tecnología hizo que esta
comunicación se tornara difícil. En los años 80 se intentó estandarizar la
comunicación entre PLCs con el protocolo de automatización de manufactura de la
General Motors (MAP). En esos tiempos el tamaño del PLC se redujo, su
programación se realizaba mediante computadoras personales en vez de terminales
dedicadas sólo a ese propósito.
En los años 90 se introdujeron nuevos protocolos y se mejoraron algunos
anteriores. El último estándar (IEC 1131-3) ha intentado combinar los lenguajes de
programación de los PLC en un solo estándar internacional. Ahora se tiene PLCs
que se programan en función de diagrama de bloques, listas de instrucciones,
lenguaje C, etc. al mismo tiempo. También se ha dado el caso en que
computadoras personales han reemplazado a PLCs.
La compañía original que diseño el primer PLC (MODICON) ahora crea
sistemas de control basados en PC.
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Figura 1.1. MODICON El primer PLC.
Figura “”. En la figura “” se muestra el MODICON 084 fue el primer PLC
producido comercialmente. Con este Sistema cuando la producción necesitaba
variarse, entonces se variaba el sistema y este estaba listo para seguir trabajando.
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Capítulo 2. Diseño eléctrico.
2.1 Direccionamiento
Es muy importante antes de realizar los diagramas eléctricos saber que
componentes se utilizaran es por eso que para llevar a cabo el diseño eléctrico de
cualquier proyecto, se analiza cuidadosamente las especificaciones de cada uno de los
componentes que serán parte de este. El direccionamiento es el listado del conjunto de
componentes y dispositivos eléctricos seleccionados que serán utilizados para el
control y función del proyecto a efectuar. Dicha lista es proporcionada por el
departamento de automatización, el cual decide los componentes que llevaran el
control y uno de los puntos muy importantes que es la seguridad de la celda.
Dicha lista esta abastecida de gran manera por componentes y dispositivos Allen
Bradley ya que son componentes de gran calidad y se adaptan a muchos sistemas
industriales y su variedad de productos ejercen un servicio de calidad siendo fácil de
manipular.
2.2 Componentes y dispositivos eléctricos.
Para el diseño de un proyecto como lo es el de una línea de paletizado se
requieren una serie de componentes eléctricos que se anexan continuación, esta lista
de componentes fueron seleccionados por que sus especificaciones se apegan de la
mejor manera al proyecto que se elaborara.
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2.2.1 Dispositivos de Control.
Figura 2.1. 1768 Compactlogixs Controller Allen-Bradley
Estos controladores poseen las mejores características de un PLC y lo
combinan con las mejores características de una PC para lograr aplicaciones mas
especializadas, y estos son llamados PAC (control lógico programable).
Un PAC (Programmable Automation Controller) es una tecnología industrial
orientada al control automatizado avanzado, al diseño de equipos para laboratorios y
a la medición de magnitudes análogas. El PAC se refiere al conjunto formado por un
controlador (una CPU típicamente), módulos de entradas y salidas, y uno o múltiples
buses de datos que lo interconectan todo.
Este controlador combina eficientemente la fiabilidad de control de un autómata o
PLC junto a la flexibilidad de monitorización, cálculo y desempeño de un computador
industrial.
Los PACs pueden utilizarse en el ámbito investigador y de laboratorios, pero es
sobre todo en el industrial, para control de máquinas y procesos, donde más se utiliza.
A destacar los siguientes: múltiples lazos cerrados de control independientes, lazos de
control robusto, adquisición de datos de precisión, análisis matemático y memoria
profunda, monitorización remota, visión artificial, control de movimiento y robótica,
seguridad controlada, administración de recursos ARP o SAP, entre otros.
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Figura 2.2. Point I/O 1734 Allen-Bradley
Figura 2.3. Modulos Point I/O 1734 IB8
El componente Point I/O es un dispositivo modular, esto quiere decir que es
capaz de expandir sus entradas y salidas añadiendo módulos conforme sea la
necesidad de uso, siendo montables y desmontables con facilidad. El hecho de que este
dispositivo sea modular ayuda a solucionar problemas con una facilidad mayor
permitiendo retirar el modulo que se detecte que este fallando, simplemente
retirándolo y colocando un repuesto sea tanto de entra o salida.
Este modelo mencionado cuenta con la compatibilidad de módulos de entradas
y salidas digitales y también con salidas de relé, entradas y salidas analógicas, también
con algunos otros módulos especiales como lo son los siguientes:
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Módulos encoder y de contador
Módulo encoder absoluto de interface en serie síncrona
Módulos de interface en serie (RS-232, RS-485/RS-422)
Módulo de reserva de dirección (ARM)
Admite conexión a dispositivos con capacidad IO-Link mediante el módulo
maestro de IO-Link
Figura 2.4.Variadores de CA PowerFlex 525 Allen-Bradley.
En este proyecto se utilizaran cuatro variadores de CA del modelo PowerFlex
Los variadores de CA PowerFlex 525 cuentan con un diseño innovador y modular para
admitir una rápida y fácil instalación y configuración. La nueva generación de
variadores compactos ofrece comunicación EtherNet/I, programación USB y
características de seguridad estándar incorporadas. Los variadores PowerFlex 525, que
ofrecen calificaciones de alimentación eléctrica de 0.4 a 22 kW (0.5 a 30 Hp) con clases
de voltaje global de 100 a 600 V, brindan una variedad de opciones de control de
motores y montaje flexible. El variador de CA PowerFlex 525 funciona a temperaturas
de hasta 70 °C (158 °F) y es ideal para aplicaciones como transportadoras, ventiladores,
bombas y mezcladoras.
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Figura2.5. Interlock T15-GD2
Estos interruptores de seguridad con enclavamiento por lengüeta Trojan T15 y
T15-GD2 son interruptores de seguridad con enclavamiento universales y compactos
accionados por lengüeta o llave que se ajustan al flanco ascendente de barreras
protectoras deslizables, con bisagra o de cubierta removible. Con dos ranuras de
entrada y cabezales giratorios, que se mueven solo cuando se liberan los tornillos de
la cubierta, estos interruptores ofrecen cuatro opciones distintas de entrada al
accionador.
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2.2.2 Dispositivos de comunicación
Figura 2.6. 1783-US8T Switch Ethernet Allen-Bradley.
Para la comunicación de módulos de control y otros dispositivos es necesario
un Switch Ethernet. Un switch o conmutador es un dispositivo de interconexión
utilizado para conectar equipos en red formando lo que se conoce como una red de
área local (LAN) y cuyas especificaciones técnicas siguen el estándar conocido como
Ethernet (o técnicamente IEEE 802.3). Los switches realizan esta función para medios
cableados. Cuando la interconexión se realiza de forma inalámbrica el dispositivo
encargado de ello se denomina Punto de acceso inalámbrico.
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Figura 2.7. Panel view 1000 Plus
Las terminales gráficos PanelView son dispositivos de pantalla para montaje en
panel que ofrecen opciones de teclado o pantalla táctil para el operador. Estos
terminales gráficos están disponibles en versiones a colores y monocromáticas. El
software de diseño incorporado elimina la necesidad de instalación de software
basada en PC. Los puertos de comunicación incorporados admiten distintas redes.
Capítulo 3. Diseño Mecanico
3.1 Conveyor.
Este conveyor o transportadora está diseñado para trasladar agrupaciones de
láminas, y así el robot las dirija a las estaciones. Este está diseñado con un sistema de
piñones y cadenas y para poder saber la posición de las láminas, este conveyor usa 8
pares de sensores.
Figura 3.1. Conveyor con sistema de piñones y cadenas.
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3.2 Mesa alineadora
Como su nombre lo dice, el funcionamiento de este depósito es alinear la pila de
layer. cumpliendo con el objetivo de tener en una posición fija los layer para que el
robot prosiga con el proceso de llenado de ellos con el producto.
Este diseñado por una mesa y cuatro barras en los laterales sujetadas a un piston
la cual se ajustara para alinear según sea la medida del layer a trabajar.
Figura 3.2. Mesa alineadora.
3.3 Estaciones
Este mecanismo cuenta con un motor el cual tiene un cople en el rotor que va conectado
a un tornillo sin fin el cual es el que le da el movimiento a la estación.
La línea de producción contara con tres mecanismos de bancos dos para la paletización
de las placas de plomo y una tercera para la ubicación del layer.
Figura 3.3. Estaciones
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Capitulo 4. Robot
Figura 4.1. Robot M410ic-185 Fanuc
Diseñada expresamente para esta tarea por la empresa que construyó el primer robot
paletizador especializado del mundo, la serie M-410 aumenta el rendimiento en las
aplicaciones de paletizado y manipulación. Este modelo compacto de cuatro ejes es la
opción perfecta para tareas de paletizado, ensamblaje, mecanizado y traslado de
piezas, todo ello a alta velocidad.
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Bibliografia
http://www.fanuc.eu/es/es/robots/página-filtro-robots/serie-m-410/m-410ic-185
http://unicrom.com/historia-del-plc-modicon-modbus/
http://allen-bradley.com
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Conclusion
Hoy en día el uso del PLC es de gran importancia en la automatización industrial, existen muchos
diferentes tipos de PLC que sus características se adaptan perfectamente a las especificaciones
que una industria pudiese necesitar.
La automatización en muchos sistemas implementados en las industrias los últimos años a
ayudado a reducir el tiempo y costo de producción y el sistema de palatización de uno de los
grandes ejemplos que se utilizan.
Las empresas han adoptado el sistema automatizado recortando su personal humano operativo,
sustituyéndolo por dispositivos que llevan el control de un sin fin de operaciones y esto ha dado
paso a un sistema de producción muy efectivo.
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