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DISEÑO DE LA AUTOMATIZACIÓN PARA UNA MÁQUINA CILIND RADORA SICOD Ltda.

ESTEBAN ALVARADO BUCH VÍCTOR HUGO QUISTANCHALA YANDUN

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

SANTIAGO DE CALI 2010

DISEÑO DE LA AUTOMATIZACIÓN PARA UNA MÁQUINA CILIND RADORA SICOD Ltda.

ESTEBAN ALVARADO BUCH VÍCTOR HUGO QUISTANCHALA YANDUN

Pasantía institucional para optar el titulo de Ingeniero Mecatrónico

Director pasantía institucional: ANDRÉS FELIPE NAVAS Ingeniero Mecatrónico

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

SANTIAGO DE CALI 2010

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Nota de aceptación: Aprobado por el Comité de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar el título de Ingeniero Mecatrónico. Jurado

Jurado

Santiago de Cali, Julio de 2010.

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A mi mamá Nancy Buch, mi papá Julio Alvarado, mis hermanas Nancy y Maria del Mar, mi hermosa sobrina Valentina Cadavid, a todas esas personas que me apoyaron en toda esta trayectoria con su amistad incondicional y aguantarme en cada momento difícil y Dios el que permitió que haya podido llegar a este punto de mi vida.

ESTEBAN ALVARADO BUCH A mi mamá Luz Stella Yandun, mi papá Víctor Manuel Quistanchala, mi hermana Lina Marcela Quistanchala, a mi novia Mónica Montaño y a todas las personas que saben que los quiero por el amor, la compresión y su apoyo en todo momento, a las personas que estuvieron a mi lado entregándome su amor incondicional y a Dios por mantener con salud, vida y amor a toda mi familia.

VÍCTOR HUGO QUISTANCHALA YANDUN

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AGRADECIMIENTOS A la empresa SICOD Ltda. por brindar el espacio propicio para la realización de este proyecto. A Eugenio Echavarria, Ingeniero mecánico, Ingeniero de procesos de SICOD Ltda. por ser el canal de información y asesorías brindadas para la profundización en el conocimiento del la máquina. A Andrés Felipe Navas, Ingeniero Mecatrónico, Director del proyecto de grado, por la dirección, colaboración y gran labor para la ejecución de este proyecto. Y a todas aquellas personas que de una u otra manera bridaron su apoyo de manera incondicional para hacer posible el cumplimiento de los objetivos de este proyecto.

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CONTENIDO

pág.

RESUMEN 16 INTRODUCCIÓN 17 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 18 2. JUSTIFICACION 19 3. OBJETIVOS 20 3.1 OBJETIVO GENERAL 20 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 20 4. MARCO TEORICO 21 4.1 SISTEMAS DE AUTOMATIZACIÓN EN PROCESOS INDUSTRIALES 21 4.2 PLC´S [CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES] 23 4.3 SISTEMAS HIDRÁULICOS 24 4.3.1 Diseño de un sistema hidráulico 24 4.3.2 Transformación de energía 24 4.3.3 Comando de energía 24 4.3.4 Transporte de energía 24 4.3.5 Varios 24 4.3.6 Componentes de un sistema hidráulico 24 4.3.6.1 Motores 26

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4.3.6.2 Bombas 26 4.4 MÁQUINA CILINDRADORA 27 5. DESARROLLO CONCEPTUAL 29 5.1 REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE 29 5.2 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PRELIMINARES 31 5.3 CAJA NEGRA 31 5.3.1 Descomposición funcional 32 5.3.2 Rama crítica de sub-funciones 34 6. GENERACIÓN DE CONCEPTOS 35 6.1 CONCEPTO GENERADO PARA LA SUB – FUNCIÓN “SENSAR MATERIAL” 35 6.1.1 Final de carrera 35 6.1.2 Sensores inductivos 36 6.1.3 Sensores ultrasónicos 37 6.2 CONCEPTO GENERADO PARA LA SUB – FUNCIÓN “CONTROLAR SISTEMA” 388 6.2.1 PLC 39 6.3 CONCEPTO GENERADO PARA LA SUB – FUNCIÓN “CONVERTIR ENERGÍA A MOVIMIENTO ROTACIONAL” 42 6.4 CONCEPTO GENERADO PARA LAS SUB – FUNCIONES “APLICAR ENERGÍA ROTACIONAL A LA BOMBA HIDRÁULICA” Y “GENERA PRESIÓN” 43 6.5 CONCEPTO GENERADO PARA LA SUB – FUNCIÓN “APLICAR MOVIMIENTO A LOS PITONES” 43

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6.5.1 Electroválvulas 43 6.6 CONCEPTO GENERADO PARA LA SUB – FUNCIÓN “APLICAR ENERGÍA ROTACIONAL A LOS RODILLOS” 46 6.7 CONCEPTO GENERADO PARA LA SUB – FUNCIÓN “CILINDRAR LÁMINA” 46 6.7.1 Sensores infrarrojos 46 6.8 CONCEPTO GENERADO PARA LA SUB – FUNCIÓN “ACEPTAR ENEGÍA EXTERNA” 47 6.9 SELECCIÓN DE CONCEPTOS 48 7. DISEÑO A NIVEL DE SISTEMAS 55 7.1 ARQUITECTURA DEL PRODUCTO 55 7.2 ESQUEMA DEL PRODUCTO 57 7.3 DISTRIBUCIÓN GEOMÉTRICA 57 8. DISEÑO DETALLADO 59 8.1 SISTEMA HIDRAULICO DE LOS RODILLOS LATERALES PARA CILINDRAR LÁMINA 59 8.2 SISTEMA HIDRÁULICO DEL RODILLO INFERIOR 62 8.3 DESCRIPCIÓN DEL SOFTWARE DEL SISTEMA 63 9. DISEÑO INDUSTRIAL 65 9.1 CLASIFICACIÓN DEL PRODUCTO 65 9.2 EVALUACIÓN DE NECESIDADES ERGONÓMICAS 65 10. DISEÑO PARA LA MANUFACTURA 67 11. DISEÑO PARA MANTENIMIENTO 68

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11.1 INSPECCIÓN DE MOTORES 68 11.2 INSPECCIÓN DE SENSORES 69 11.3 INSPECCIÓN DE ELECTROVÁLVULAS 69 11.4 INSPECCIÓN DEL PLC 69 11.5 INSPECCIÓN DE CHUMACERAS 70 11.6 INSPECCIÓN DE ENGRANAJES 70 11.7 INSPECCIONAR RODAMIENTOS 70 12. DISEÑO PARA LA SEGURIDAD, SALUD Y MEDIO AMBIENTE 71 12.1 MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA OPERAR CON LA MÁQUINA CILINDRADORA 71 12.2 LOCALIZACIÓN Y APLICACIÓN DEL EQUIPO 72 12.3 FORMACIÓN DE LOS OPERADORES 73 13. MANUAL DE FUNCIONAMIENTO 74 14. CONCLUSIONES 79 BIBLIOGRAFÍA 80 ANEXOS 83

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LISTA DE CUADROS

pág.

Cuadro 1. Identificación de necesidades 30 Cuadro 2. Especificaciones técnicas 31 Cuadro 3. Criterios y nivel de importancia 48 Cuadro 4. Selección de Concepto “Aceptar Material” 51 Cuadro 5. Selección de Concepto “Controlar Sistema” 52 Cuadro 6. Selección de de concepto “Aplicar movimiento a los pistones” 53 Cuadro 7. Selección de concepto “Cilindrar lámina” 54 Cuadro 8. Descripción de botones de la pantalla principal 74 Cuadro 9. Descripción de botones de la pantalla cilindro 75 Cuadro 10. Descripción de los pilotos de la pantalla cilindro 76 Cuadro 11. Descripción de botones de la pantalla “Espesor de la Lámina” 77

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LISTA DE FIGURAS

pág. Figura 1. Transformación de energía en un sistema hidráulico 25

Figura 2. Máquina cilindadora 27 Figura 3. Caja negra de máquina cilindradora 32 Figura 4. Descomposición funcional 33 Figura 5. Ruta crítica de sub – funciones 34 Figura 6. Final de carrera D4MC 35 Figura 7. Final de carrera 802T 36 Figura 8. Sensor inductivo m8 37 Figura 9. Sensor inductivo P100 37 Figura 10. Sensor ultrasónico U-GAGE 38 Figura 11. PLC micrologix 1100 39 Figura 12. PLC visión 570 39 Figura 13. PLC CECX – X – M1 40 Figura 14. PLC V8FLK14/IN 41 Figura 15. PLC CJ1M 41 Figura 16. Motor siemens 1LA3 42 Figura 17. Electroválvula 152856 44 Figura 18. Electroválvula HY14-2563-M1 45 Figura 19. Electroválvula NG6 45 Figura 20. Sensor infrarrojo GP2Y0A02YK 46

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Figura 21. Sensor infrarrojo E3S-A 47

Figura 22. Interacción entre elementos físicos y funcionales 56 Figura 23. Esquema del producto 57 Figura 24. Vista frontal 58 Figura 25. Vista lateral izquierda 58 Figura 26. Sistema hidraulico de los rodillos laterales 60

Figura 27. Diagrama de mando eléctrico para pistones hidráulicos de los rodillos laterales. 61 Figura 28. Sistema hidráulico rodillo inferior 62

Figura 29. Diagrama de mando eléctrico para pistones hidráulicos del rodillo inferior. 63 Figura 30. Diagrama de flujo de control para rodillos laterales 64 Figura 31. Necesidades ergonómicas 66 Figura 32. Pantalla principal del HMI de la cilindradora 74 Figura 33. Pantalla “Cilindro” 75 Figura 34. Pantalla “Espesor de la lámina” 76 Figura 35. Pantalla “Manual” 76 Figura 36. Vista frontal 87 Figura 37. Vista interior 87 Figura 38. Diámetro rodillo de arrastre 88 Figura 39. Longitud rodillo de arrastre 88 Figura 40. Pistón para el rodillo de arrastre 89 Figura 41. Diámetro rodillo curvado 90

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Figura 42. Longitud rodillo curvado 91 Figura 43. Pistón para el rodillo de curvado 92 Figura 44. Dimensiones de la chumacera 92

Figura 45. Dimensiones vista frontal 93 Figura 46. Dimensiones vista superior 93 Figura 47. Dimensiones vista lateral izquierda 94

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LISTA DE ANEXOS

pág. Anexo A. Especificaciones sensor inductivos braime elevator components p100 83 Anexo B. Especificaciones PLC unitronics vision 570. 84 Anexo C. Especificaciones electroválvula parker HY14-2563-M1/US 85 Anexo D. Especificaciones sensor infrarrojo sharp GP2Y0A02YK 86

Anexo E. Dibujo máquina 87 Anexo F. HMI completo 95 Anexo G. Ficha Técnica de la máquina cilindradora 97 Anexo H. Información Técnica “Final de carrera Omron D4MC” 98 Anexo I. Información Técnica “Final de carrera Allen Bradley 802T” 99 Anexo J. Información Técnica “Sensor Inductivos Balluf sensor worldwide m8” 100 Anexo K. Información Técnica “Sensor ultrasónicos Banner U-GAGE” 101

Anexo L. Información Técnica “PLC Allen Bradley micrologix 1100” 102 Anexo M. Información Técnica “PLC Festo CECX-X-M1” 103

Anexo N. Información Técnica “PLC Phoenix Contact V8/FLK/IN” 104 Anexo O. Información Técnica “PLC Omron CJ1M-CPU21” 105 Anexo P. Información Técnica “Motor Siemens 1LA3 112-4YA80” 106 Anexo Q. Información Técnica “Electroválvula Festo 152856” 107 Anexo R. Información Técnica “Electroválvula Wandfluh spool valvule NG6” 108

Anexo S. Información Técnica “sensor omron E3S-A” 109

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Anexo T. Costo parcial de la cilindradora 110

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RESUMEN

En este trabajo se presenta el desarrollo del método de ingeniería concurrente, aplicado en el diseño de la automatización para una máquina cilindradora. En la actualidad existen máquinas cilindradoras con altas tecnologías, sin embargo el precio de estos, excede el presupuesto de pequeñas y medianas empresas, es por esto que surge la necesidad de entrar a mirar, que tecnologías existentes en la industria se pueden utilizar para diseñar una maquina q posea muchas de las características de las mas avanzadas a un precio más asequible y que resulte rentable para empresas que están emergiendo en al actualidad. El proceso se realizó de la siguiente manera: en primera instancia un estudio de cada uno de los sistemas, así como las funciones que realizan, llegando al planteamiento de la estrategia de control más adecuada de acuerdo a las condiciones de funcionamiento, ofreciendo así al operario herramientas de mando de cada una de las variables involucradas, por medio de una interfaz de operación HMI, y manuales de funcionamiento, operación y mantenimiento de la máquina.

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INTRODUCCIÓN

El ser humano a través de su evolución, ha sentido la necesidad natural de usar la tecnología para sobrevivir. Mejorando así sus procesos productivos, evolutivos y sociales manteniéndolos en constante actualización e innovación. A raíz de ese proceso de innovación se ha incurrido en la investigación y desarrollo de nuevos sistemas de producción más eficientes y de mayor control. Es entonces, a partir de esa innovación, donde se empieza a utilizar la automatización de procesos para el mejoramiento de la productividad. El alcance de la automatización va más allá que la simple mecanización de los procesos, ya que ésta provee a operadores humanos mecanismos para asistirlos en los esfuerzos físicos del trabajo. Además abarca la instrumentación industrial, que incluye los sensores y transmisores de campo; los sistemas de control y supervisión; los sistemas de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar y controlar las operaciones de plantas o procesos industriales. Por las necesidades de progresar en la tecnología, se ha decidido que el objetivo de este trabajo sea la automatización de una cilindradora. Una máquina con movimientos rotacionales de rodillos curvadores que permite la fabricación de cilindros con diferentes diámetros. Dichos movimientos son completamente hidráulicos, incluidos la apertura y el cerrado para la extracción de los cilindros terminados. Los tres rodillos poseen un motor de accionamiento, lo que garantiza un arrastre seguro y excelente a la hora de fabricar cilindros y chapas de cualquier material y espesor. La importancia que tiene la automatización de este tipo de máquina es que se puede lograr una mayor precisión, reduciendo los costos de producción y manteniendo los estándares de calidad. Igualmente mejora las condiciones de trabajo del personal e incrementa la seguridad industrial.

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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En la actualidad SICOD Ltda. fabrica piezas cilíndricas de forma manual cumpliendo con las necesidades de sus clientes. No obstante, el proceso manual en la realización de cilindros hace que su producción sea lenta; aumentando su costo; los márgenes de error son mayores, hay mas sobrante de materia prima; los riesgos a los que están expuestos sus operarios son elevados, limita la cantidad de sus usuarios, entre otros; dejando así a la empresa a un grado menor de competitividad en la producción de dichas piezas en el mercado regional y nacional. Después de realizar un estudio de mercado con sus clientes potenciales se llega a la conclusión que si se sigue trabajando de forma manual SICOD Ltda. no podrá cumplir con todos los requerimientos de sus clientes y proyectos a futuro reduciendo así las utilidades e ingresos reales a la empresa llegando a prescindir de ofrecer este servicio. Junto a SICOD Ltda. se pretende elaborar un diseño para optimizar el equipo especializado en realizar la tarea de cilindrado de lamina en la empresa. Incursionando con equipos de soluciones automáticas y con lo último en tecnología, se pretende lograr un mayor desempeño en el trabajo diario de la máquina cilindradora de SICOD Ltda.

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2. JUSTIFICACION

El diseño de un sistema automático para una cilindradora, se hace necesario principalmente para satisfacer las necesidades de SICOD Ltda. e incursionar en la industria de fabricación de maquinaria automatizada, ofreciendo un producto de excelente calidad y de tecnología de punta. Además traerá beneficios sociales, tecnológicos y productivos. Al automatizar este tipo de máquinas, se obtendrá un mayor rendimiento en las variables que intervienen en el proceso de fabricación de cilindros, ya que al trabajar de forma manual los procesos pueden perder precisión y su tiempo de producción son muy prolongados. De igual forma ofrecerá al operario comodidad a la hora de fabricar este tipo de pieza. La automatización no se centraría sólo en máquina y proceso, las empresas que obtengan el producto que ofrece SICOD Ltda., tienen la posibilidad de obtener y usar los datos que se adquieren durante el proceso, para aplicarlos en producción, gestión de calidad, mantenimiento, costos y presupuestos, logística, entre otros; piezas de gran importancia para la economía, desarrollo y competitividad de la empresa. El participante de este proyecto, no sólo se beneficia obteniendo experiencia en métodos de automatización usados actualmente en la industria manufacturera colombiana, sino que también tendrá la oportunidad de aplicarlo en otras industrias, haciendo que el desarrollo tecnológico de los diferentes sectores industrializados y el desarrollo de la región se vean beneficiados; además de nutrir su vida profesional como Ingeniero Mecatrónico al desempeñarse en el campo de la automatización y control.

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3. OBJETIVOS

3.1 OBJETIVO GENERAL Diseñar un sistema automático para el control de una máquina cilindradora. 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS • Diseñar el software requerido para la cilindradora dependiendo del tipo de trabajo que se desee realizar. • Diseño de una interfaz de hombre-máquina (HMI) intuitiva para el usuario. • Identificar las necesidades de la empresa para elaborar el diagrama de automatización (ladder). • Realizar un estudio para establecer el diseño industrial de la cilindradora. • Establecer adecuadamente las etapas para el mantenimiento de la cilindradora.

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4. MARCO TEÓRICO

4.1 SISTEMAS DE AUTOMATIZACIÓN EN PROCESOS INDUSTRI ALES En un proceso productivo no siempre se justifica la implementación de sistemas de automatización, pero existen ciertas señales indicadoras que demuestran y hacen necesario la implementación de estos sistemas. Los indicadores principales son los siguientes: • Requerimientos de un aumento en la producción. • Requerimientos de una mejora en la calidad de los productos. • Necesidad de bajar los costos de producción. • Escasez de energía. • Encarecimiento de la materia prima. • Necesidad de protección ambiental. • Necesidad de brindar seguridad al personal. • Desarrollo de nuevas tecnologías, entre otros. La automatización sólo es viable, si al evaluar los beneficios económicos y sociales de las mejoras que se podrían obtener al automatizar, son mayores a los costos de operación y mantenimiento del sistema. Para que exista un buen sistema de automatización en procesos industriales, algunos de los elementos que se deben automatizar son:

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• Máquinas: son los equipos mecánicos que realizan los procesos, traslados, transformaciones, entre otros, de los productos o materia prima. • Accionamientos hidráulicos: usan la energía de la presión de líquidos, son útiles para controlar velocidades lentas pero precisas. • Preaccionamientos: se usan para comandar y activar los accionadores. Por ejemplo; contactores, switchs, variadores de velocidad, distribuidores neumáticos, entre otros. • Transductores: son los sensores y transmisores, encargados de captar las señales necesarias para conocer los estados del proceso y luego enviarlos a la unidad de control. • Interfaz Hombre-Máquina: permite la comunicación entre el operario y el proceso, pueden manifestarse en una interfaz gráfica de computadora, pulsadores, teclados, visualizadores, entre otros. • Elementos de mando: son los elementos de cálculo y control que gobiernan el proceso, se denominan autómata y conforman la unidad de control. Los sistemas automatizados se conforman de dos partes: Parte de mando: es la estación central de control o autómata. Es el elemento principal del sistema, encargado de la supervisión, manejo, corrección de errores, comunicación, entre otros. Parte operativa: es la que actúa directamente sobre la máquina, son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice las acciones; por ejemplo; los motores, cilindros, compresoras, bombas, relés, entre otros1. 4.2 PLC´S [CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES]

1 GARCÍA MORENO, Emilio. Automatización de Procesos Industriales. México DF. Alfaomega, 2003. p. 33.

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El término PLC proviene de las siglas en inglés Programmable Logic Controller, que traducido al español se entiende como Controlador Lógico Programable. Se trata de un equipo electrónico, que, tal como su mismo nombre lo indica, se ha diseñado para programar y controlar procesos secuenciales en tiempo real. Por lo general, es posible encontrar este tipo de equipos en ambientes industriales. Para que un PLC logre cumplir con su función de controlar, es necesario programarlo con cierta información acerca de los procesos que se quiere secuenciar. Esta información es recibida por transductores, que gracias al programa lógico interno, logran implementarla a través de los accionamientos de la instalación. Un PLC es un equipo comúnmente utilizado en maquinarias industriales de fabricación de plástico, en máquinas de embalajes, entre otras; son posibles de encontrar en todas aquellas maquinarias que necesitan controlar procesos secuenciales, así como también, en aquellas que realizan maniobras de instalación, señalización y control. Dentro de las funciones que un PLC puede cumplir se encuentran operaciones como las de detección y de mando, en las que se elaboran y envían datos de acción a los preaccionamientos y accionamientos. Además cumplen la importante función de programación, pudiendo introducir, crear y modificar las aplicaciones del programa. Dentro de las ventajas que estos equipos poseen se encuentra que, gracias a ellos, es posible ahorrar tiempo en la elaboración de proyectos, pudiendo realizar modificaciones sin costos adicionales. Por otra parte, son de tamaño reducido y mantenimiento de bajo costo, además permiten ahorrar dinero en mano de obra y la posibilidad de controlar más de una máquina con el mismo equipo. Sin embargo, y como sucede en todos los casos, los controladores lógicos programables, o PLCs, presentan ciertas desventajas como es la necesidad de

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contar con técnicos calificados y preparados específicamente para ocuparse de su buen funcionamiento2. 4.3 SISTEMAS HIDRÁULICOS 4.3.1 Diseño de un sistema hidráulico. En los sistemas hidráulicos se transforma la energía mecánica en energía hidráulica. De este modo es transportada, comandada y regulada, para ser transformada nuevamente en energía mecánica. 4.3.2 Transformación de energía. Para la transformación de energía se emplean principalmente las bombas hidráulicas, seguidos por cilindros y motores hidráulicos. 4.3.3 Comando de energía. La energía hidráulica y con ello la energía transmitida, se influencia en su magnitud y sentido mediante presión y caudal por medio de bombas variables, válvulas de mando y válvulas reguladoras. 4.3.4 Transporte de energía. El fluido hidráulico, conducido a través de tubos, mangueras de alta presión. 4.3.5 Varios. Para el almacenamiento y cuidado del fluido hidráulico se requiere una serie de instalaciones suplementarias, como tanque, filtro, refrigerador y dispositivos de medición y de control. 4.3.6 Componentes de un sistema hidráulico. La unidad de abastecimiento proporciona la energía necesaria del sistema hidráulico. En la figura 1, se puede apreciar de manera simplificada cada uno de los componentes en un sistema hidráulico, ellos son:

• Motor

2 LOIOLA ZUBIA, Iban. PLC’s [Controladores Lógicos Programables] [en línea]. Euskadi. [consultado 15 de abril del 2009]. Disponible en Internet: http://www.sc.ehu.es/sbweb/webcentro/automatica/WebCQMH1/PAGINA%20PRINCIPAL/Automatizacion/Automatizacion.htm

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• Bomba • Válvulas direccionales

• Actuadores • Válvulas limitadoras de presión • Acoplamientos y depósitos • Filtros

Figura 1. Transformación de energía en un sistema hidráulico

Fuente: Biblioteca tesis [en línea]. Pereira: Universidad tecnológica de Pereira, s.f. [consultado el 10 de abril del 2009]. Disponible en internet: http://biblioteca.utp.edu.co/tesisdigitales/texto/6278V152ds.swf Además, todos los sistemas hidráulicos disponen de unidades de mantenimiento, control, seguridad y conductos para unir elementos hidráulicos.

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4.3.6.1 Motores. Los sistemas hidráulicos (con excepción de aquellos provistos de una bomba manual son accionados por motores eléctricos, estos se utilizan principalmente en sistemas hidráulicos estacionarios. La unidad hidráulica central es el núcleo de las máquinas o equipos de mayor envergadura. Todos los elementos de trabajo de una máquina o equipo están conectados a uno o varios equipos de accionamiento hidráulico y sin abastecidos a través de conectores comunes. Las tuberías de presión, las tuberías de retorno y las tuberías para el aceite fuga, conforman circuitos. 4.3.6.2 Bombas. La bomba de un sistema hidráulico, también llamada bomba hidráulica, se encarga de transformar la energía mecánica proveniente del equipo de accionamiento en energía hidráulica. La bomba succiona aceite y alimenta el sistema de tuberías, en el sistema hidráulico se crea una presión a raíz de las resistencias que se oponen al aceite que fluye, la presión corresponde a la resistencia total, la cual se compone de resistencias internas, externas y el caudal volumétrico. Resistencias externas: son las que se producen por efecto de cargas útiles, fricción mecánica, cargas estáticas y fuerzas de aceleración. Resistencias internas: son producto de la fricción total de los conductos y elementos del sistema, de la fricción propia del aceite y de las reducciones del flujo (zonas de estrangulamiento). Esto significa que la presión de flujo en un sistema hidráulico no está dada por la potencia de la bomba, sino que va creciendo en función de las resistencias y, en casos extremos, aumenta hasta que se produce la destrucción de un elemento del sistema. Es evidente que esta circunstancia se procura evitar en la realidad práctica incorporando una válvula de seguridad o válvula de alivio, limitadora de la presión inmediatamente después de la bomba o integrándola en la misma. Dicha válvula

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permite regular la presión de trabajo máxima en función de la potencia de la bomba3. 4.4 MÁQUINA CILINDRADORA La cilindradora es un tipo de máquina con movimientos rotacionales de rodillos curvadores, que permite la fabricación de cilindros con diferentes diámetros y la elaboración de chapas, dichos movimientos son completamente hidráulicos, incluidos la apertura y el cerrado para la extracción de los cilindros terminados; el rodillo de arrastre posee un motor de accionamiento eléctrico, acoplado a un sistema de trasmisión mecánica que disminuye su velocidad, esto garantiza un desplazamiento seguro de la lámina y un excelente desempeño a la hora de fabricar cilindros y chapas de cualquier material y espesor. En la figura 2 se puede apreciar algunas de sus partes mencionadas anteriormente. Figura 2. Máquina cilindradora

Fuente: Propia

3 Biblioteca tesis [en línea]. Pereira: Universidad tecnológica de Pereira, s.f. [consultado el 10 de abril del 2009]. Disponible en internet: http://biblioteca.utp.edu.co/tesisdigitales/texto/6278V152ds.swf

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Con la automatización de este tipo de máquinas, se puede obtener un mayor rendimiento en la producción, optimizando materia prima, ofreciendo un producto que cumpla con los estándares de calidad y de tecnología de punta y de esta forma ubicar a las empresas en un mejor rango de posicionamiento a nivel industrial. Algunas de las aplicaciones que podemos encontrar con este tipo de máquinas es la fabricación de silos para el almacenamiento de cemento, granos, en la fabricación de camisas para pistones en el bloque para un motor de combustión, entre otros4.

4 Fabricación / Cilindradoras de 3 rodillos / MCO [en línea]. España: Davi, s.f. [consultado 13 de abril del 2009]. Disponible en Internet: http://www.davi.com/_vti_g3_3RMCO_aspx_rpstry_54_--cilindradora-de-tres-rodillos.sphtml.

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5. DESARROLLO CONCEPTUAL

En esta etapa del proyecto se desarrolla el análisis de los requerimientos propuestos por el cliente, además se tienen en cuenta cada una de las funciones y sub – funciones principales que presenta el producto, evaluando los conceptos que posiblemente pueden ser útiles para la realización del mismo y adicionalmente se realizan algunos cálculos de ingeniería necesarios para el desarrollo de estos conceptos; satisfaciendo así las necesidades del cliente. A continuación se presentan los requerimientos propuestos por el cliente, los cuales fueron obtenidos por medio de entrevistas al identificar el problema presentado por la empresa. 5.1 REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE • La máquina debe ser rápida en su proceso de producción cumpliendo con los estándares de calidad. • La máquina tiene que proporcionar seguridad al operario. • La máquina debe ser de fácil uso. • El panel del operador sea fácil de entender. • La máquina debe tener precisión a la hora de realizar cilindros, conos y marcos con puntas curvas. • El operador de la máquina suministrara el material requerido y ella debe trabajar de forma automática hasta que esta complete su proceso. • Debe proporcionarse información de alguna manera cuando esta culmine de forma completa cualquier proceso.

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• Debe informar cuando se presente una falla en el proceso de realización de piezas, un paro de emergencia o daño del la máquina. • La máquina debe presentar funcionamiento de forma manual y automático. • Presente una optimización en los recursos que intervén en el proceso de cilindrado. • La máquina debe presentar un fácil mantenimiento en caso de que está presente una falla.

Después de haber visto en detalle los requerimientos del cliente se procede a generar la identificación de necesidades, presentando su nivel de importancia como se muestra en la siguiente tabla.

Cuadro 1. Identificación de necesidades NECESIDAD

# IDENTIFICACIÓN DE NECESIDADES IMPORTANCIA

1 La máquina acelera los tiempos de producción manteniendo los estándares de calidad.

5

2 La máquina es segura. 5 3 La máquina proporciona al usuario una fácil operación. 4 4 La máquina proporciona una interface agradable para el

usuario. 3

5 La máquina proporciona precisión en la fabricación de piezas.

5

6 La máquina proporciona una autonomía en la producción de piezas

5

7 La máquina anunciara la intervención del operario oportunamente.

4

8 La máquina presenta un indicador cuando haya una intervención no programada en su funcionamiento.

4

9 La máquina presenta funcionamiento manual y automático

3

10 La máquina optimiza adecuadamente los recursos que intervienen en el proceso.

4

11 La máquina es de fácil mantenimiento. 4 Se utilizó un rango de calificación de uno a cinco donde cinco indica la mayor prioridad y uno la menor.

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5.2 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PRELIMINARES En esta parte del proyecto se procede a relacionar las necesidades del cliente con el fin de encontrar criterios y parámetros que se utilicen como cuantificadores de dichos requerimientos, los cuales servirán de guía para el desarrollo de la máquina. Cuadro 2. Especificaciones técnicas

Métrica #

NECESIDAD ESPECIFICACIONES TÉCNICAS UNIDADES

1 1 Velocidad Pieza/min 2 1 Cálida Lista 3 2,8 Seguridad Lista 4 3 Programación Lista 5 4 Estética Subjetivo 6 5 Precisión mm 7 6,5 Autonomía H(horas) 8 7,8,2 Intervención H(horas) 9 9 Operación Lista 10 10 Consumo de energía Kw/h 11 10 Materia Prima Kg 12 11 Mantenibilidad Lista

5.3 CAJA NEGRA

En esta etapa se plantea el problema de manera general, es decir, sin tomar en cuenta el comportamiento interno de todo el sistema. De acuerdo a esta metodología se identifican las entradas y salidas que se generan en el proceso, como lo muestra la figura 3, con el fin de que se pueda descomponer en sub - funciones para brindar un conocimiento más detallado.

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Figura 3. Caja negra de máquina cilindradora

Fuente: Propia 5.3.1 Descomposición Funcional. En esta fase se muestra a nivel interno el funcionamiento, mediante sub-funciones que presentan las tareas que deberá cumplir la máquina, sin especificar cómo se realizará, ya que esto limitará el diseño a una sola solución lo cual no resulta favorable para el proyecto. Ahora se procede a la descomposición de tareas a ejecutar y la relación que existe entre ellas, como se observa en la figura 4. Además esto sirve como parte inicial para la generación de conceptos de cada una de la las sub-funciones para que el diseño de la máquina resulte óptimo.

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Figura 4. Descomposición funcional

Fuente: Propia

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5.3.2 Rama Crítica de Sub-Funciones Se pueden observar en la figura 5 las sub-funciones más críticas que se han logrado identificar, de acuerdo a esto se procede a realizar la generación de conceptos con el fin de clarificar un poca mas el problema enfrentado. Figura 5. Ruta crítica de sub – funciones

Fuente: Propia

Cada uno de estos bloques funcionales será explicado en el siguiente paso (Generación de Conceptos).

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6. GENERACIÓN DE CONCEPTOS

En esta etapa del diseño se evalúan todos los conceptos posibles con los que se puedan desarrollar las sub-funciones establecidas anteriormente en la rama crítica de la descomposición funcional. 6.1 CONCEPTO GENERADO PARA LA SUB – FUNCIÓN “ACEPTA R MATERIAL” Esta sub – función es la encargada de sensar el material cuando este sea introducido a la cilindradora, para poder ubicarlo en la posición correcta y así poder realizar el proceso de cilindrado correctamente, para ello se proponen los siguientes dispositivos: final de carrera, sensores inductivos y sensores ultrasónicos.

6.1.1 Final de Carrera: en este tipo de dispositivo se presento dos opciones de marcas distintas las cuales se presentan a continuación. • OMRON Automatización Industrial. Interruptor Final de carrera D4MC5. A continuación se muestra la imagen del final de carrera propuesto. Ver figura 6. Figura 6. Final de carrera D4MC

Fuente: Omron automatización industrial productos [en línea]. España: Omron, s.f. [consultado 13 de octubre del 2009]. Disponible en internet: http://industrial.omron.es/es/products/catalogue/switching_components/limit_switches/enclosed_switches/d4mc/default.html

La información técnica del final de carrera D4MC se encuentre en el anexo H.

5 Omron automatización industrial productos [en línea]. España: Omron, s.f. [consultado 13 de octubre del 2009]. Disponible en internet: http://industrial.omron.es/es/products/catalogue/switching_components/limit_switches/enclosed_switches/d4mc/default.html

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• Allen Bradley. Interruptor final de carrera 802T6. A continuación se muestra la imagen del interruptor final de carrera propuesto. Ver figura 7.

Figura 7. Final de carrera 802T

Fuente: Productos/sensor 802T [en línea]. Colombia: Allen Bradley, s. f. [consultado el 13 de octubre del 2009]. Disponible en internet: http://www.ab.com/limitswitches/safety/802t.html La información técnica del final de carrera 802T se encuentra en el anexo I. 6.1.2 Sensores Inductivos: en este tipo de dispositivo se presento dos opciones de marcas distintas las cuales se presentan a continuación. • Balluff sensor worldwide. Sensor m8 referencia BES 516-324-SA8-027.

A continuación se muestra la imagen del sensor propuesto. Ver figura 8.

6 Productos/sensor 802T [en línea]. Colombia: Allen Bradley, s. f. [consultado el 13 de octubre del 2009]. Disponible en internet: http://www.ab.com/limitswitches/safety/802t.html 7 Productos/sensor m8 [en línea]. Brasil: Balluff sensor wordwide s.f. [consultado el 20 de octubre del 2009]. Disponible en internet: http://www.balluff.com/Balluff/es/ProductsChannel/Product+Detail/es/ProductDetail.htm?ProductID=BES+516-324-E4-C-02&ProductGroupGuid=BCBA042C-D0DD-4E0B-AA9F-F55F688EDE29&ProductGroupName=Sensores inductivos

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Figura 8. Sensor inductivo m8

Fuente: Productos/sensor m8 [en línea]. Brasil: Balluff sensor wordwide s.f. [consultado el 20 de octubre del 2009]. Disponible en internet: http://www.balluff.com/Balluff/es/ProductsChannel/Product+Detail/es/ProductDetail.htm?ProductID=BES+516-324-E4-C-02&ProductGroupGuid=BCBA042C-D0DD-4E0B-AA9F-F55F688EDE29&ProductGroupName=Sensores inductivos La información técnica del sensor m8 se encuentra en el anexo J • 4B Braime Elevator Components LTD. Sensor P100 referencia P1001V10A8.

A continuación se muestra la imagen del sensor propuesto. Ver figura 9.

Figura 9. Sensor inductivo P100

Fuente: Productos/sensor p100 [en línea]. España: 4B Braime elevator components LTD, s.f. [consultado el 20 de octubre del 2009]. Disponible en internet: http://www.go4b.co.uk/uk/documents/P100UK.pdf

La información técnica del sensor P100 se encuentra en el anexo A.

6.1.3 Sensores Ultrasónicos: en este tipo de sensor se presento una sola opción la cual se muestra a continuación.

8 Productos/sensor p100 [en línea]. España: 4B Braime elevator components LTD, s.f. [consultado el 20 de octubre del 2009]. Disponible en internet: http://www.go4b.co.uk/uk/documents/P100UK.pdf

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• BANNER. Sensor U-GAGE serie S18U9. A continuación se muestra la imagen de este sensor. Ver figura 10.

Figura 10. Sensor ultrasónico U-GAGE

Fuente: Productos/sensor u-gage s18u [en línea]. México: Banner, s.f. [consultado el 21 de octubre del 2009]. Disponible en internet: http://info.bannersalesforce.com/xpedio/groups/public/documents/literature/sd137.pdf

La información técnica del sensor U-GAGA se encuentra en la anexo K.

6.2 CONCEPTO GENERADO PARA LA SUB – FUNCIÓN “CONTRO LAR SISTEMA” Esta sub - función es la encargada de recibir toda la información proveniente de los transductores, la cual se transforma en datos que el sistema de control sea capaz de procesarla y al mismo tiempo manipularla, con el fin de brindar la inteligencia y el automatismo necesario, para que a partir de esto se realice de manera precisa el proceso de cilindrado y obtener un buen producto. A continuación se presentan una serie de controladores lógicos programables de distintas marcas, entre ellas tenemos: Allen Bradley, Unitronics, Festo, Phoenix Contact y Omrron; cada una se presenta con su respectiva imagen del PLC.

9 Productos/sensor u-gage s18u [en línea]. México: Banner, s.f. [consultado el 21 de octubre del 2009]. Disponible en internet: http://info.bannersalesforce.com/xpedio/groups/public/documents/literature/sd137.pdf

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6.2.1 PLC • Allen Bradley. MicroLogix 110010.

A continuación se muestra la imagen de este PLC dispositivo. Ver figura 11.

Figura 11. PLC micrologix 1100

Fuente: Catálogo Allen-Bradley. Componentes Esenciales. Rockwell Automation. Estados Unidos, 2007. p. 59

La información técnica del PLC micrologix se encuentra en el anexo L.

• UNITRONICS. Vision 570 PLC con panel de operador11.

A continuación se muestra la imagen de este PLC. Ver figura 12.

Figura 12. PLC vision 570

Fuente: Automation products vision 570 [en línea]. USA: Unitonics, s.f. [consultado el 28 octubre del 2009]. Disponible en internet: http://www.unitronics.com/Series.aspx?page=Vision570#Tab=Spec

10 Catálogo Allen-Bradley. Componentes Esenciales. Rockwell Automation. Estados Unidos, 2007. p. 59 11 Cortesía de Automation products vision 570 [en línea]. USA: Unitonics, s.f. [consultado el 28 octubre del 2009]. Disponible en internet: http://www.unitronics.com/Series.aspx?page=Vision570#Tab=Spec

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La información técnica del PLC vision 570 se encuentra en el anexo B • FESTO. Controlador CECX-X-M1 – 55385312.


Figura 13. PLC CECX – X – M1

Fuente: Productos controladores CECX [en línea]. Colombia: Festo, s.f. [consultado el 28 de octubre del 2009]. Disponible en internet: http://www.festo.com/cat/es-co_co/data/doc_es/PDF/ES/CECX_ES.PDF

La información técnica del PLC CECX-X-M1 se encuentra en el anexo M. • Phoenix Contact. PLC – V8/FLK14/IN13.


12 Productos controladores CECX [en línea]. Colombia: Festo, s.f. [consultado el 28 de octubre del 2009]. Disponible en internet: http://www.festo.com/cat/es-co_co/data/doc_es/PDF/ES/CECX_ES.PDF 13 Catálogo de productos PLC-V8/FLK14/IN [en línea]. España: Phoenix Contact, s.f. [consultado el 2 de noviembre del 2009]. Disponible en internet: http://eshop.phoenixcontact.com/phoenix/treeViewClick.do?UID=2304115&parentUID=&reloadFrame=true

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Figura 14. PLC V8/FLK14/IN

Fuente: Catálogo de productos PLC-V8/FLK14/IN [en línea]. España: Phoenix Contact, s.f. [consultado el 2 de noviembre del 2009]. Disponible en internet: http://eshop.phoenixcontact.com/phoenix/treeViewClick.do?UID=2304115&parentUID=&reloadFrame=true

La información técnica del PLC V8/FLK14/IN se encuentra en el anexo N.

• OMRON Automatización Industrial. PLC CJ1M- CPU2114.


Figura 15. PLC CJ1M.

Fuente: Producto catalogo sistemas de control [en línea]. España: Omron, s.f. [consultado el 2 de noviembre de 2009]. Disponible en internet: http://industrial.omron.es/es/products/catalogue/automation_systems/programmable_logic_controllers/modular_plc_series/default.html La información técnica del PLC CJ1M se encuentra en el anexo O.

14 Producto catalogo sistemas de control [en línea]. España: Omron, s.f. [consultado el 2 de noviembre de 2009]. Disponible en internet: http://industrial.omron.es/es/products/catalogue/automation_systems/programmable_logic_controllers/modular_plc_series/default.html

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6.3 CONCEPTO GENERADO PARA LA SUB – FUNCIÓN “CONVER TIR ENERGÍA A MOVIMIENTO ROTACIONAL” Esta sub – función es la encargada de darle movimiento rotacional al de arrastre, el cual permite el movimiento de la lámina cuando esta es introducida a la cilindradora.

Debido a las restricciones presentadas por parte de la empresa SICOD Ltda., el motor que se usará en esta función es el siguiente:

• Motor Siemens 1LA3 112-4YA8015. Velocidad 1800 rpm, 4 polos, 60 Hz.

A continuación se muestra la imagen de este motor. Ver figura 16.

Figura 16. Motor siemens 1LA3

Fuente: Motores trifásicos uso severo robustos, flexible y eficiente [en línea]. Colombia: Siemens, s.f. [consultado el 2 de noviembre del 2009]. Disponible en internet: http://www.siemens.com.co/SiemensDotNetClient_Andina/Medias/PDFS/608_20080616193422.pdf

La información técnica del motor se encuentra en la anexo P.

15 Motores trifásicos uso severo robustos, flexible y eficiente [en línea]. Colombia: Siemens, s.f. [consultado el 2 de noviembre del 2009]. Disponible en internet: http://www.siemens.com.co/SiemensDotNetClient_Andina/Medias/PDFS/608_20080616193422.pdf

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6.4 CONCEPTO GENERADO PARA LAS SUB – FUNCIONES “APL ICAR ENERGÍA ROTACIONAL A LA BOMBA HIDRÁULICA” Y “GENERA PRESIÓN” Estas dos sub – funciones son las encargadas de hacer funcionar la bomba hidráulica y generar presión respetivamente, hacia las electroválvulas ubicada en cada pistón de la cilindradora.

De acuerdo con las especificaciones de SICOD LTDA. en estas dos sub – funciones, se usaran los siguientes equipos: • Motor trifásico e 10hp a 1750 rpm. • Bomba hidráulica accionada por el motor. • Divisor de caudal. • Acoples y mangueras de alta presión. • 4 cilindros de doble efecto de 60mm de diámetro y 350mm de recorrido. • 2 cilindros de doble efecto de 150mm de diámetro y 500mm de recorrido. 6.5 CONCEPTO GENERADO PARA LA SUB – FUNCIÓN “APLICA R MOVIMIENTO A LOS PITONES” Esta sub – función es la encargada de dar paso al fluido proveniente de la bomba hidráulica, para así ubicar los pistones en la posición requerida por los parámetros dados al inicio del proceso de cilindrar, para ello se proponen las siguientes electroválvulas.

6.5.1 Electroválvulas: en este tipo de dispositivos se presentan tres marcas distintas las cuales se presentan a continuación.

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• FESTO 15285616.

A continuación se muestra la imagen la electroválvula propuesta. Ver figura 17. Figura 17. Electroválvula 152856

Fuente: Servicios hidráulica [en línea]. Colombia: Festo, s.f. [consultado el 6 de noviembre del 2009]. Disponible en internet: http://www.festo-didactic.com/int-es/servicios/printed-media/data-sheets/hidr-ulica/electrov-lvula-4-3-v-as,centro-a-recirculaci-n-152856.htm

La información técnica de la electroválvula 152856 se encuentra en el anexo Q.

• Parker Bulletin HY14-2563-M1/US17. A continuación se presenta la imagen de la electroválvula propuesta. Ver figura 18.

16 Cortesía de Servicios hidráulica [en línea]. Colombia: Festo, s.f. [consultado el 6 de noviembre del 2009]. Disponible en internet: http://www.festo-didactic.com/int-es/servicios/printed-media/data-sheets/hidr-ulica/electrov-lvula-4-3-v-as,centro-a-recirculaci-n-152856.htm 17 Cortesía de Products hidraulic valves prportional directional control valves [en línea]. Alemania: Parker [consultado el 6 de noviembre del 2009]. Disponible en internet: http://www.parker.com/literatureo/Hydraulic%20Valve%20Division/hydraulicvalve/Service-Installation/Electrohydraulics/Bul%20HY14-2563-M1%20D1FW%20Prp%20DCV.pdf

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Figura 18. Electroválvula HY14-2563-M1

Fuente: Products hidraulic valves prportional directional control valves [en línea]. Alemania: Parker [consultado el 6 de noviembre del 2009]. Disponible en internet: http://www.parker.com/literatureo/Hydraulic%20Valve%20Division/hydraulicvalve/Service-Installation/Electrohydraulics/Bul%20HY14-2563-M1%20D1FW%20Prp%20DCV.pdf La información técnica de la electroválvula HY13-2563-M1 se encuentra en el anexo C. • WANDFLUH spool valvule NG618. A continuación se muestra la imagen de la electroválvula propuesta. Ver figura 19. Figura 19. Electroválvula NG6

Fuente: Products spool valves NG6 [en línea]. Alemania: Wandfluh [consultado el 6 de noviembre del 2009]. Disponible en internet: http://www.wandfluh.com/en/products/switching-valves.html

La información técnica de la electroválvula NG6 se encuentra en el anexo R.

18 Cortesía de Products spool valves NG6 [en línea]. Alemania: Wandfluh [consultado el 6 de noviembre del 2009]. Disponible en internet: http://www.wandfluh.com/en/products/switching-valves.html

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6.6 CONCEPTO GENERADO PARA LA SUB – FUNCIÓN “APLICA R ENERGIA ROTACIONAL A LOS RODILLOS” Esta sub - función es la encarga de reducir la velocidad de un motor eléctrico trifásico de 5 hp y adecuarla a una que sea ideal para el trabajo de la cilindradora. La empresa SICOD Ltda. posee dentro de sus ideas, un diseño de transmisión mecánica para esta sub – función, ya establecido para implementarlo en la cilindradora. 6.7 CONCEPTO GENERADO PARA LA SUB – FUNCIÓN “CILIND RAR LÁMINA” Esta sub – función es la encargada de ubicar en posición correcta los rodillos curvadores, los cuales son los encargados de curvar la lámina y así darle la forma cilíndrica o cónica requerida por el usuario, para ello se presentan los siguientes sensores infrarrojos.

6.7.1 Sensores infrarrojos: en este tipo de dispositivo se presento dos opciones de marcas distintas las cuales se presentan a continuación. • Sharp GP2Y0A02YK19. A continuación se muestra la imagen del sensor propuesto. Ver figura 20. Figura 20. Sensor infrarrojo GP2Y0A02YK

Fuente: Catalogo sensores Dynamo electronics [en línea]. Bucaramanga: Dynamo electronics, s.f. [consultado el 12 de noviembre del 2009]. Disponible en internet: http://www.dynamoelectronics.com/portafolioindustria.pdf

19 Cortesía de Catalogo sensores Dynamo electronics [en línea]. Bucaramanga: Dynamo electronics, s.f. [consultado el 12 de noviembre del 2009]. Disponible en internet: http://www.dynamoelectronics.com/portafolioindustria.pdf

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La información técnica del sensor GP2Y0A02YK se encuentra en el anexo D.

• Omron E3S-A20.

A continuación se muestra la imagen de este sensor propuesto. Ver figura 21. Figura 21. Sensor infrarrojo E3S-A.

Fuente: Omron automatización industrial productos [en línea]. España: Omron, s.f. [consultado 12 de noviembre del 2009]. Disponible en internet: http://www.ia.omron.com/data_pdf/data_sheet/e3s-a_ds_csm1296.pdf.

La información técnica del sensor E3S-A se encuentra en el anexo S. 6.8 CONCEPTO GENERADO PARA LA SUB – FUNCIÓN “ACEPTA R ENERÍA EXTERNA” Esta sub – función permite abastecer de corriente eléctrica la máquina cilindradora por medio de un totalizador eléctrico ubicado en las instalaciones de la fábrica, con tres líneas de fase de 220v, provenientes del sistema eléctrico de la planta.

20 Cortesía de Omron automatización industrial productos [en línea]. España: Omron, s.f. [consultado 12 de noviembre del 2009]. Disponible en internet: http://www.ia.omron.com/data_pdf/data_sheet/e3s-a_ds_csm1296.pdf.

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6.9 SELECCIÓN DE CONCEPTOS

Para la selección de conceptos nos basamos en los criterios de selección, los cuales se obtuvieron en conjunto con SICOD Ltda. y con los requerimientos presentados por ellos, con su respectivo nivel de importancia, como se observa en la tabla 3. Además, la selección se realizó de forma individual para cada sub – función. Cuadro 3. Criterios y nivel de importancia

CRITERIO NIVEL IMPORTANCIA

Seguro 5 Precisión del dispositivo 5

Compatibilidad 3 Mantenimiento 3

Costo 5 Eficiencia 4 Eficacia 4

Fácil implementación 4 Garantía 4

A continuación se explica de manera clara los criterios mencionados en la tabla anterior. Seguro: con este criterio se hace referencia a los riesgos que se pueden presentar en la cilindradora a la hora de ser utilizada e implementada, donde esto implica que debe ser muy alto. Precisión en el dispositivo: con este criterio se hace referencia a la capacidad que tiene el dispositivo a la hora de ser preciso en la medición o control de las variables del proceso. Compatibilidad: con este criterio se hace referencia a la afinidad que existe entre dispositivos y lenguajes de programación.

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Mantenimiento: con este criterio se hace referencia a la cantidad de horas trabajadas antes de que se requiera la atención del dispositivo y la complejidad al repararlo. Costo: con este criterio se hace referencia al costo del dispositivo, el cual debe ser bajo. Eficiencia: con este criterio se hace referencia a la habilidad del dispositivo de responder adecuadamente. Eficacia: con este criterio se hace referencia al tiempo de respuesta del dispositivo. Fácil implementación: con este criterio se hace referencia a la facilidad en el montaje de los dispositivos en la estructura de la maquina. Garantía: con este criterio se hace referencia al tiempo de soporte técnico y garantía que ofrece el proveedor del dispositivo. Ahora explicaremos la forma en la cual se obtuvieron los dispositivos mas óptimos para la realización de la cilindradora, después de dar la importancia a cada una de los criterios de selección, el paso a seguir fue dar una calificación de 1 a 5 a cada uno de los dispositivos presentados en cada sub – función, esto se hizo con el fin de tener un calificación parcial de cada criterio. Este valor se obtiene de la siguiente manera: si el criterio tiene una importancia de 5 y la calificación del dispositivo es 5 el resultado parcial es 25; la operación que se realizo fue 5 * 5 = 25, o si el criterio tiene una importancia de 3 y la calificación del dispositivo es 4 el resultado parcial es 12.

Resultado parcial = Importancia x calificación. Después de tener el resultado parcial para cada criterio y dispositivo, se procede a realizar una suma de estos, y así el equipo que tenga la calificación más alta será el seleccionado. Cabe resaltar que la calificación de cada dispositivo se realizó teniendo en cuenta las especificaciones técnicas del los equipos propuestos en la selección de

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conceptos, en conjunto con SICOD Ltda. y por las asesorías de personas expertas en el tema. Este análisis se realizo para cada sub – función la cual es expresada en las tablas 4, 5, 6 y 7.

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Cuadro 4. Selección de concepto “Aceptar material”

Criterio de

selección del dispositivo

Importancia (1-5)

Final de carrera Omron D4MC

Final de carrera Allen Bradley 802T

Sensor Inductivos Balluf sensor worldwide

m8

Sensor Inductivos Braime Elevator

Components p100

Sensor ultrasonicos Banner U-GAGE

Calificación Resultado Calificación Resultado Calificación Resultado Calificación Resultado Calificación Resultado Seguro 5 5 (25) 5 (25) 5 (25) 5 (25) 5 (25)

Precisión del dispositivo

5 4 (20) 4 (20) 5 (25) 5 (25) 5 (25)

Compatibilidad 3 4 (12) 4 (12) 4 (12) 4 (12) 4 (12) Mantenimiento 3 3 (6) 3 (6) 2 (6) 3 (9) 1 (3)

Costo 5 5 (25) 5 (25) 3 (15) 3 (15) 1 (5) Eficiencia 4 4 (16) 4 (16) 5 (20) 5 (20) 5 (20) Eficacia 4 3 (12) 3 (12) 5 (20) 5 (20) 5 (20)

Fácil implementación

4 5 (20) 5 (20) 5 (20) 5 (20) 5 (20)

Garantía 4 5 (20) 5 (20) 5 (20) 5 (20) 5 (20) Sumatoria resultados

156 156 163 166 150

Dispositivo seleccionado

X

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Cuadro 5. Selección de concepto “Controlar sistema”

Criterio de selección del dispositivo

Importancia (1-5)

PLC Allen Bradley micrologix 1100

PLC Unitronics Vision 570

PLC Festo CECX -X-M1 Phoenix Contact V8/FLK/IN

PLC Omron CJ1M -CPU21

Calificación Resultado Calificación Resultado Calificación Resultado Calificación Resultado Calificación Resultado Seguro 5 5 (25) 5 (25) 5 (25) 5 (25) 5 (25)

Precisión del dispositivo

5 5 (25) 5 (25) 5 (25) 5 (25) 5 (25)

Compatibilidad 3 4 (12) 5 (15) 5 (15) 3 (9) 4 (12) Mantenimiento 3 3 (9) 3 (9) 3 (9) 3 (9) 3 (9)

Costo 5 2 (10) 5 (25) 2 (10) 1 (5) 4 (20) Eficiencia 4 5 (20) 4 (16) 5 (20) 5 (20) 5 (20) Eficacia 4 4 (16) 4 (16) 4 (16) 5 (20) 4 (16)


4 5 (20) 5 (20) 5 (20) 5 (20) 5 (20)

Garantía 4 5 (20) 5 (20) 5 (20) 5 (20) 5 (20) Sumatoria resultados

157 171 155 153 167


X

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Cuadro 6. Selección de de concepto “Aplicar movimiento a los pistones”


Importancia (1-5)

Electroválvula Festo 152856

Electroválvula Parker HY14-2563-M1/US

Electroválvula Wandfluh spool valvule

NG6 Calificación Resultado Calificación Resultado Calificación Resultado

Seguro 5 5 (25) 5 (25) 5 (25) Precisión del dispositivo

5 4 (20) 5 (25) 5 (25)

Compatibilidad 3 5 (15) 4 (12) 5 (15) Mantenimiento 3 3 (9) 2 (6) 3 (9)

Costo 5 4 (20) 2 (10) 4 (20) Eficiencia 4 5 (20) 5 (20) 5 (20) Eficacia 4 5 (20) 5 (20) 5 (20)


4 4 (16) 4 (16) 4 (16)

Garantía 4 5 (20) 5 (20) 5 (20) Sumatoria resultados

165 154 170


X

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Cuadro 7. Selección de concepto “Cilindrar lámina”


Importancia (1-5)

Sensor Omron E3S -A Sensor infrarrojo sharp GP2Y0A02YK

Calificación Resultado Calificación Resultado Seguro 5 5 (25) 5 (25)

Precisión del dispositivo 5 5 (25) 5 (25) Compatibilidad 3 3 (15) 3 (15) Mantenimiento 3 1 (3) 2 (6)

Costo 5 4 (20) 5 (25) Eficiencia 4 4 (20) 4 (20) Eficacia 4 4 (20) 4 (20)

Fácil implementación 4 4 (20) 4 (20) Garantía 4 4 (20) 4 (20)

Sumatoria resultados 168 176 Dispositivo

seleccionado X

En el anexo T se puede observar el costo preliminar que tendría la maquina si se desea implementar.

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7. DISEÑO A NIVEL DE SISTEMAS

En esta fase del proyecto se establece la arquitectura del producto y se hace una descomposición de los sistemas que hacen parte del proyecto, analizando los elementos físicos y funciónales de la cilindradora. 7.1 ARQUITECTURA DEL PRODUCTO La arquitectura escogida para este proyecto fue modular ya que este tipo de arquitectura hace referencia a los productos que están organizados según una estructura de diversos bloques constructivos, orientada a ordenar e implantar las distintas funciones y a su vez facilitar las operaciones de composición del producto. A continuación se presenta la interacción que existe entre elementos físicos y funcionales de la cilindradora; Ver Figura 22.

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Figura 22. Interacción entre elementos físicos y funcionales

Fuente: Propia

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7.2 ESQUEMA DEL PRODUCTO El esquema del producto es donde se describe de manera general la máquina cilindradora, diferenciando la función que ejerce cada modulo identificado en la arquitectura del producto. En la figura 23 puede observarse de forma superficial la interacción de cada uno de sus elementos funcionales. Figura 23. Esquema del producto

Fuente: Propia 7.3 DISTRIBUCIÓN GEOMÉTRICA En esta etapa del diseño se muestran la partes visibles de la máquina tales como: los rodillos curvadores, los pistones, rodamientos, el rodillo de arrastre, las chumaceras de los pistones y la caja de trasmisión mecánica, esto en cuanto a partes mecánicas se refiere, y la ubicación dentro de la misma, como lo muestra la figura 24.

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Figura 24. Vista frontal

Fuente: Propia Además en esta fase también se ubican los dispositivos electrónicos que son visibles como los sensores de posición, botones star, stop y paro de emergencia, alarma y el tablero de mando, como lo muestra la figura 25. Figura 25. Vista lateral izquierda

Fuente: Propia

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8. DISEÑO DETALLADO

8.1 SISTEMA HIDRÁULICO DE LOS RODILLOS LATERALES PA RA CILINDRAR LÁMINA Para el diseño del sistema hidráulico son esenciales elementos que proporcionen la fuerza necesaria para el rolado de lámina, entre los cuales encontramos cilindros hidráulicos de doble efecto, electroválvulas, válvulas de alivio, filtros, bomba hidráulica, entre otros. En la figura 26, se muestra un esquema hidráulico sencillo el cual sirve de base para representar su funcionamiento esencial. Se van a especificar los movimientos por medio de ciclos de subida y bajada que deberán poseer los cilindros hidráulicos para la elaboración del rolado de lámina, ya que los movimientos de los rodillos curvadores están establecidos para trabajar de forma independiente. Cada cilindro hidráulico de doble efecto deberá llevar una electroválvula asociada, estos dispositivos están especificados como 4/3 NC, es decir, electroválvulas de cuatro vías, tres posiciones, normalmente cerradas de doble control eléctrico; con esto se logra que los vástagos acoplados a los rodillos cumplan con su trabajo de subida y bajada. Para el control de posición serán necesarios transductores infrarrojos, estos nos admitirán establecer la distancia de los rodillos curvadores desde el cuerpo de la máquina hasta la posición en la que se encuentre. En la figura 26, los transductores se encuentran representados con finales de carrera (SEN1 Y SEN2), esto por indisponibilidad en la librería del software para los transductores infrarrojos en la elaboración de la simulación.

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Figura 26. Esquema hidráulico para el movimiento de los rodillos laterales.

Fuente: Propia Los contactos serán asociados eléctricamente por medio del controlador PLC, esperando lograr un control de posición en cualquier ángulo de inclinación según los requiera el usuario en la elaboración de cilindros rectos o cónicos. Como se puede observar en el esquema eléctrico de la figura 27, cuando se presiona el pulsador NA (S0), este energiza la bobina de la electroválvula marcada con Y1, pasando por del sensor (SEN1), el cual es normalmente cerrado. La bobina, permanece energizada mientras el pulsador este presionado o el vástago del cilindro no llegue a la posición establecida por el sensor. Todo esto lo hace únicamente para el ciclo de subida del pistón, trabajando de forma independiente. Cuando la bobina no está energizada, ya sea por que el vástago llego a la posición limitada por el sensor o se dejo de presionar el pulsador, la electroválvula vuelve a la posición central permitiendo así que el vástago permanezca estático en

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una posición, debido a que en este estado la electroválvula impide el paso de aceite que proviene del pistón y va al tanque de retorno. Para el ciclo de bajada en forma independiente, al presionar S1 (NA), se energiza la bobina Y2 bajando el vástago hasta el límite y volviendo a la posición inicial. De la misma forma funcionan las bobinas asociadas a los pulsadores S2 y S3 (NA) logrando de esta forma que los pistones trabajen de forma independiente. Para el ciclo de subida y bajada trabajando con los pistones simultáneamente, los pulsadores Scs y Scb activan los relés km1, km2, km3 y km4 según lo que se desee, cambiando de estado sus contactos auxiliares que sirven de enclavamiento la para proceder a energizar de nuevo las bobinas de las electroválvulas tal y como se muestra en la figura 27. Figura 27. Diagrama de mando eléctrico para pistones hidráulicos de los rodillos laterales.

Fuente: Propia

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8.2 SISTEMA HIDRÁULICO DEL RODILLO INFERIOR Para el rodillo inferior el sistema hidráulico es diferente, debido a que en este no se necesitan movimientos independientes en los cilindros de doble efecto sino ciclos de subida y bajada idénticos, ya que al momento de rolar la lamina, el rodillo inferior se va a ubicar a una mínima distancia del rodillo superior y únicamente los separara el espesor de la lamina a rolar. Por esta razón es necesario nuevamente un sensor de posición infrarrojo para poder determinar esa distancia mínima y de esta forma el usuario pueda digitar la medida del espesor desde el panel operador. Por otro lado, para este sistema se implemento únicamente una electroválvula de 4/3 NC, la cual permite invertir el sentido de flujo de aceite que va a ingresar a los cilindros hidráulicos de doble efecto, con el fin de que haya una distribución del fluido al momento de abrir la electroválvula en uno u otro sentido tal como se muestra en la figura 28. Figura 28. Sistema hidráulico del rodillo inferior

Fuente: Propia

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En la figura 29 se puede observar el sistema eléctrico conformado por un interruptor (S0) y un contacto asociado del sensor de posición (SEN1), el cual es normalmente cerrado (NC) para que desenergize la bobina 1Y1 de la electroválvula una vez llegue al tope programado y así esta vuelva a la posición inicial donde es normalmente cerrada. Existe otro interruptor (S1) el cual energiza la bobina 2Y1 para que esta cambie de ciclo de subida al ciclo de bajada. Todas las descripciones eléctricas serán transferidas al controlador lógico programable (PLC) para que el usuario pueda ejecutar las acciones de mando desde el panel operador y el proceso pueda ser regulado de cualquier forma dentro de lo especificado. Figura 29. Diagrama de mando eléctrico para pistones hidráulicos del rodillo inferior.

Fuente: Propia 8.3 DESCRIPCIÓN DEL SOFTWARE DEL SISTEMA El software utilizado para el desarrollo del proyecto es el visilogic, marca unitronics para el hardware o microprocesador industrial PLC. Con el software visilogic se programa el diagrama escalera (ladder) para el control de la máquina y además la interfaz gráfica.

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El diagrama de flujo muestra la estrategia de control que se llevara a cabo para los diferentes movimientos que el sistema deberá ejecutar, los cuales son cilindrado recto y cilindrado cónico de la lámina. A continuación vamos a mostrar los diagramas de flujo para cada uno de los sistemas a controlar. Figura 30. Diagrama de flujo de control para rodillos laterales

Fuente: Propia

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9. DISEÑO INDUSTRIAL

9.1 CLASIFICACIÓN DEL PRODUCTO El producto estará trabajando en ambientes normalmente cerrados; su desempeño estará dado por su capacidad de responder automáticamente a las señales obtenidas por los sensores, es por eso que la clasificación fue determinada de la siguiente manera: 80% del producto será dominado por la tecnología, ya que la función que desempeñara la máquina es de realizar cilindros y conos de forma autónoma, el 20% restante del producto será dominado por el usuario, ya que éste es el encargado de suministrar la lámina a la cilindradora y además ingresar los parámetros para que la maquina realice el cilindrado requerido. Lo cual podemos concluir que la cilindradora tiene un domino tecnológico. 9.2 EVALUACIÓN DE NECESIDADES ERGONÓMICAS En cuanto a las necesidades ergonómicas del proyecto, el análisis se realizo con respecto a la parte electrónica, eléctrica, de programación y mecánica que presenta la máquina. A continuación se presentan las especificaciones que se tuvieron en cuenta para realizar dicho análisis: • Facilidad de uso: hace referencia a la facilidad que tendrá el operario en el instante de ingresar los parámetros para realizar cualquier tipo de cilindrado, además la habilidad de ingresar la lamina en los rodillos de la cilindradora, esta especificación debe ser de un nivel alto, lo cual significa que el usuario pueda manejar e interpretar con mucha facilidad el HMI, y el ingreso de la lámina a la máquina. • Facilidad de mantenimiento: hace referencia al mantenimiento que se debe hacer cuando se presente una falla ya sea en la parte electrónica, eléctrica, mecánica o de programación de la máquina, esta especificación se encuentra en un nivel medio ya que la parte mecánica, electrónica y eléctrica es posible que el operario pueda realizar el mantenimiento, pero si la falla es de programación el mantenimiento será realizado por los ingenieros del proyecto.

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• Seguridad: hace referencia a la seguridad que debe presentar la máquina a la hora en que el operario la empiece a manipular, es por eso que esta especificación debe presentar un nivel elevado en el análisis de las especificaciones ergonómicas. • Cantidad de interacciones: hace referencia a cuantas interacciones se requieren con el usuario para hacer que el producto funcione, por lo cual esta especificación se encuentra en un nivel medio ya que el usuario es el encargado de ingresar la lámina y los parámetros de cilindrado a la máquina. A continuación en la figura 31 se muestra la calificación que recibo cada una de las necesidades ergonómicas enunciadas anteriormente. Figura 31. Necesidades ergonómicas

Fuente: Propia

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10. DISEÑO PARA LA MANUFACTURA Dentro del análisis del diseño para manufactura debe tomarse en cuenta la distribución geométrica propuesta y verificar si es posible ubicar los elementos donde se ha sugerido. Es muy importante tener en cuenta la facilidad de ensamble de cada elemento, así como su acceso para mantenimiento. Además en esta etapa se valora la implementación modular que tiene el producto, manejando la reducción de los costos de los elementos, así como la fácil obtención de los mismos y disminuir la complejidad para el proceso de manufactura. Se integraron piezas estándares para la elaboración del sistema, así mismo componentes electrónicos de fácil ubicación en el mercado, para que de esta manera se minimicen los costos de fabricación. La realización de la máquina se hace estudiando varias especificaciones por parte del cliente, seleccionando así los dispositivos más apropiados a satisfacer estos requerimientos.

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11. DISEÑO PARA MANTENIMIENTO

El mantenimiento escogido para esta etapa del diseño es de tipo preventivo ya que el objetivo fundamental es mantener el equipo bajo condiciones específicas de operación. En el mantenimiento preventivo el equipo es reparado, aun cuando no haya fallado. Es un mantenimiento programado, realizado en forma periódica después de cierto tiempo de funcionamiento del equipo, este mantenimiento programando se ejecuta en intervalos predeterminados de acuerdo al diseño realizado. El tiempo estipulado para realizar el mantenimiento de los elementos mecánicos y electrónicos es de tres meses, dando un diagnostico completo de estos. La programación de inspecciones, tanto de funcionamiento como de seguridad, ajustes, reparaciones, análisis, limpieza, lubricación, calibración, deben llevarse de forma precisa en base al plan establecido. Esto se hace con la finalidad de alargar el tiempo de vida útil de cada uno de los dispositivos que componen la máquina cilindradora. Para hacer énfasis en esto, explicaremos como se deben inspeccionar los equipos y la parte física de la máquina. 11.1 INSPECCIÓN DE MOTORES • Verificar el voltaje de trabajo del motor. • Verificar el ajuste de los bornes de conexión. • Verificar si no tiene ruidos anormales. • Verificar la temperatura del motor.

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• Verificar que no presente vibración excesiva. • Inspección del estado de acople.

11.2 INSPECCIÓN DE SENSORES • Comprobar el buen estado de los sensores inductivos. • Comprobar el buen estado se los sensores infrarrojos. • Comprobar que los sensores estén enviando las señales correspondientes. • Comprobar que los sensores se encuentren calibrados.

11.3 INSPECCIÓN DE ELECTROVÁLVULAS • Inspeccionar si no se encuentran fugas de líquido, ya sea en el dispositivo o en las mangueras. • Inspeccionar que no se encuentre taponada la electroválvula. • Comprobar que la electroválvula este recibiendo el voltaje necesario para su funcionamiento.

11.4 INSPECCIÓN DEL PLC • Inspeccionar las entradas y salidas análogas y digitales del PLC.

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11.5 INSPECCIÓN DE CHUMACERAS • Inspeccionar que las chumaceras no presenten fisuras o fracturas. 11.6 INSPECCIÓN DE ENGRANAJES • Inspeccionar que a los piñones no le falte ningún diente. • Inspeccionar que los piñones estén bien acoplados. • Inspeccionar que los engranajes estén lubricados. 11.7 INSPECCIONAR RODAMIENTOS • Inspeccionar que los rodamientos de las chumaceras estén en buen estado. • Inspeccionar que los rodamientos de los motores estén en buen estado. • Inspeccionar que los rodamientos estén lubricado.

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12. DISEÑO PARA LA SEGURIDAD, SALUD Y MEDIO AMBIENT E

12.1 MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA OPERAR CON LA MÁQUIN A CILINDRADORA • Antes de abrir la caja de los circuitos eléctricos de la máquina verifique que no existan cables pelados, ni reventados, ya que pueden ser causantes de descargas eléctricas que podrían ser peligrosas para el usuario. • Al abrir la caja de los circuitos eléctricos asegúrese que este desactivado el contacto de seguridad que está cerca de la misma, certifique que esto haya ocurrido antes de manipular los dispositivos. • En el momento de trabajar en el cableado eléctrico, se debe tener conocimiento previo del código eléctrico local ya que la cilindradora cumple con esta especificación. • Para reducir riesgos de un cortocircuito la máquina debe conectarse sin usar adaptadores, nunca se deberá eliminarse el contacto a tierra. • Al momento de lubricar las partes mecánicas de la cilindradora garantice que queden bien ajustadas al instante de montarlas de nuevo, ya que cualquier desajuste pone en riesgo la seguridad del usuario al momento de que la máquina este operando. • El usuario cada vez que manipule la maquina debe usar guantes, casco y gafas para la protección de los ojos, no debe tener elementos que pueda tragarse la maquina como: manillas, cadenas, entre otros. • Permanecer atento a las señales visuales y auditivas del equipo para evitar cualquier tipo de accidente. • Manténgase la máquina y sus alrededores libres de obstáculos que puedan originar tropiezos.

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• Tenga cerca un extinguidor de fuego en buenas condiciones de funcionamiento. • Mantener los circuitos eléctricos en buenas condiciones. • Mantener todas las partes movibles bien lubricadas. Se recomienda para garantizar al máximo la seguridad del personal de las instalaciones y la producción, seguir las recomendaciones que se estipularon anteriormente. Otras condiciones que se deben tener en cuenta para minimizar los fallos se presentan a continuación. 12.2 LOCALIZACIÓN Y APLICACIÓN DEL EQUIPO • Tomar las máximas precauciones frente a la posibilidad de incendio por cortocircuito. • Visualizar con símbolos de seguridad los elementos que lo requieran para evitar daños al personal ya sea por calor, vibración, equipo mecánico, entre otros. • Situar la cilindradora en un lugar donde no sea estorbada por otras máquinas, para que el usuario tenga espacio para poderla manipular y además evitar accidentes. • Proteger cables o tubos que puedan ser afectados por superficies calientes, animales, entre otros. • Puesta a tierra de la máquina para evitar descargas eléctricas.

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12.3 FORMACIÓN DE LOS OPERADORES • Los operadores deben ser formados para que conozcan el equipo y su funcionamiento. • El operador debe tener acceso a las instrucciones de funcionamiento en cualquier momento. • Los esquemas básicos son el diagrama del proceso e instrumentación, el plano mecánico y el esquema eléctrico. Se recomienda que esta documentación se encuentre accesible en cada equipo. • Debe seguirse el debido proceso de inspección y mantenimiento presentado en el diseño.

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13. MANUAL DE FUNCIONAMIENTO

En la figura 32 se puede observar el menú principal del la interfaz hombre – máquina (HMI) de la cilindradora. Esta le permite al operador tener acceso a las diferentes opciones que se presentan en este segmento, las cuales son “Cilindro”, “Cono”, “Mov. Manual (movimiento manual de los rodillos)”. Figura 32. Pantalla principal del HMI de la cilindradora

Fuente: Propia Cuadro 8. Descripción de botones de la pantalla principal

Botón Acción

Acceso al menú “Cilindro” , en la que podrá encontrar el menú que le permitirá introducir los parámetros deseados para la realización de cilindros en forma automática.

Acceso al menú “Cono” , en la que podrá encontrar el menú que le permitirá introducir los parámetros deseados para la realización de conos en forma automática.

Acceso al menú “Mov. Manual” , en la que podrá encontrar el menú con una serie de botones que permitirán el movimiento de los rodillos curvadores y de arrastre de forma manual.

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A continuación se describirán los menús que se derivan al presionar los botones de la pantalla principal. Figura 33. Pantalla “Cilindro”

Fuente: Propia Cuadro 9. Descripción de botones de la pantalla cilindro

Botón Acción

Acceso al menú “Longitud de la Lamina” , en la que podrá encontrar un teclado de números para digitar la longitud que tiene la lamian.

Acceso al menú “Espesor de la Lamina” , en la que podrá encontrar un teclado de números para digitar el espesor que tiene la lamian.

Acceso al menú “Diámetro del Cilindro” , en la que podrá encontrar un teclado de números para digitar el diámetro del cilindra que se desea realizar.

Botón que permite el arranque del proceso de cilindrado de forman automática.

Botón que permite el paro total de la máquina.

Botón que permite el paro total de la máquina, en caso de que ocurra un accidente cerca de la máquina

Botón que permite el regreso ala pantalla principal del HMI.

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Cuadro 10. Descripción de los pilotos de la pantalla cilindro

Piloto Acción

Este piloto anuncia si el proceso está en estado activo cuando la luz es verde y estado inactivo cuando la luz es roja.

Este piloto anuncia cuando el material está en la cilindradora listo para ser trabajado.

Este piloto anuncia cuando el proceso haya finalizado.

Este piloto anuncia cuando haya ocurrido una falla en el proceso.

Cuando se presiona en la pantalla cilindro “Espesor de la Lámina” se abrirá otra pantalla que se explica en la tabla 11. Figura 34. Pantalla “Espesor de la lámina”

Fuente: Propia

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11. Descripción de botones de la pantalla “Espesor de la Lámina”

Botón Acción

El teclado permite ingresar los valores del espesor de la lamian que se va a cilindrar, además permite borrar los valores en el caso de que sean ingresados incorrectamente

Botón que acepta cuando los valores ingresados son correctos

Botón que permite el regreso a la pantalla cilindro

Este mismo funcionamiento se da para los botones de “Diámetro del Cilindro” y “Longitud de la Lámina”, en el caso de que se presione el botón manual ubicado en la pantalla principal se abrirá la siguiente pantalla: Figura 35. Pantalla “Manual”

Fuente: Propia

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En la figura 35 se encuentra una serie de botones que permiten el movimiento independiente de cada uno pistones usados en los rodillos curvadores, permitiendo así su movilidad de arriba abajo. Además los botones del rodillo de arrastre le permite movilidad de izquierda a derecho y de apriete de la lámina cuando esta sea ingresada a la cilindradora.

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14. CONCLUSIONES • La aplicación del diseño concurrente permitió realizar el trabajo en etapas

simultáneas, disminuyendo así los tiempos en el proceso de diseño, conservando los requerimientos y las opiniones del cliente.

• El diseño de esta máquina permitió acercarse a un valor parcial del costo total de la cilindradora, lo cual es favorable porque no es tan elevado con respecto a los costos que manejan diferentes proveedores de las máquinas del mismo tipo existentes en el mercado, haciendo que su adquisición sea escasa por empresas pymes como SICOD Ltda., es por esto que el diseño se hace favorable para la realización de la máquina.

• En el trascurso del diseño observamos que a partir de equipos sencillos y conocidos en la industria de la automatización, podemos realizar una máquina cilindradora que cumpla con muchas de las tareas de las maquinas convencionales más conocidas.

• Se diseño una estrategia de control según los elementos funcionales que presentaba la máquina y los requerimientos propuestos por el cliente.

• La selección de los dispositivos escogidos fue en conjunto con el cliente, ya que este era el que daba la aprobación para que el dispositivo sea elegido.

• El manual de funcionamiento que se realizó le permitirá al operario obtener el

conocimiento del funcionamiento de la máquina.

• Siguiendo las peticiones de SICOD Ltda. y percibiendo de forma presencial las necesidades e inquietudes de los operarios de la máquina, se diseñó una distribución geométrica óptima para que ellos se sientan seguros y más confiados al momento de hacer uso de la máquina.

• La interpretación del proceso como un sistema de bloques funcionales fue

importante ya que así pudimos conocer cada uno de los sub-sistemas que compone el proceso, para establecer con claridad lo que se necesitó para cumplir las especificaciones dadas por el cliente.

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BIBLIOGRAFÍA

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82

Cortesía de Servicios hidráulica [en línea]. Colombia: Festo, s.f. [consultado el 6 de noviembre del 2009]. Disponible en internet: http://www.festo-didactic.com/int-es/servicios/printed-media/data-sheets/hidr-ulica/electrov-lvula-4-3-v-as,centro-a-recirculaci-n-152856.htm

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ANEXOS

Anexo A. Especificaciones sensor inductivos braime elevator components p100

Precio del dispositivo: 47.818.oo pesos

85

Anexo B. Especificaciones PLC unitronics vision 57 0.

Fuente: Automation products vision 570 [en línea]. USA: Unitonics, s.f. [consultado el 28 octubre del 2009]. Disponible en internet: http://www.unitronics.com/Series.aspx?page=Vision570#Tab=Spec

Precio del dispositivo: 2’774.575.oo pesos

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Anexo C. Especificaciones electroválvula parker HY 14-2563-M1/US

Fuente: Products hidraulic valves prportional directional control valves [en línea]. Alemania: Parker [consultado el 6 de noviembre del 2009]. Disponible en internet: http://www.parker.com/literatureo/Hydraulic%20Valve%20Division/hydraulicvalve/Service-Installation/Electrohydraulics/Bul%20HY14-2563-M1%20D1FW%20Prp%20DCV.pdf

Precio del dispositivo: 344.430.oo pesos

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Anexo D. Especificaciones sensor infrarrojo sharp GP2Y0A02YK

Fuente: Catalogo sensores Dynamo electronics [en línea]. Bucaramanga: Dynamo electronics, s.f. [consultado el 12 de noviembre del 2009]. Disponible en internet: http://www.dynamoelectronics.com/portafolioindustria.pdf Precio del dispositivo: 44.000.oo pesos

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Anexo E. Dibujo máquina Todas la medidas expuestas en los planos son en milímetros Figura 36. Vista frontal

Fuente: Propia Figura 37. Vista interior

Fuente: Propia

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Figura 38. Diámetro rodillo de arrastre

Fuente: Propia

Figura 39. Longitud rodillo de arrastre

Fuente: Propia

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Figura 40. Pistón para el rodillo de arrastre

Fuente: Propia

91

Figura 41. Diámetro rodillo curvado

Fuente: Propia

92

Figura 42. Longitud rodillo curvado

Fuente: Propia

93

Figura 43. Pistón para el rodillo de curvado

Fuente: Propia

Figura 44. Dimensiones de la chumacera

Fuente: Propia

94

Figura 45. Dimensiones vista frontal

Fuente: Propia Figura 46. Dimensiones vista superior

Fuente: Propia

95

Figura 47. Dimensiones vista lateral izquierda

Fuente: Propia

96

Anexo F. HMI completo Fuente: Propia Fuente: Propia Fuente: Propia

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Fuente: Propia Fuente: Propia Fuente: Propia

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Anexo G. Ficha Técnica de la máquina cilindradora Especificaciones Técnicas

Lamina Calibre Acero en cualquier gama De 2mm. A 19mm. Ancho Max. De la Lamina 2000mm.

Características de funcionalidad

Tensión de Voltaje 220V

Fases 3FH Amperaje 15.8 Amp. Max

Aceite Rando® HD 46 Combustible No Requiere

Dimensiones

Tamaño físico 1360X3500X1500mm.

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Anexo H. Información Técnica “Final de carrera Omro n D4MC”

Tipo Final de carrea de triple estanqueidad Grado de protección IP67

Vida Útil Mecánica: 10.000.000 operaciones/mín. Eléctrica: 500.000 operaciones/mín.

Frecuencia de operación Mecánica: 120 operaciones/min. Eléctrica: 20 operaciones/min

Frecuencia nominal 50/60Hz Resistencia de aislamiento 100MΩ mín. (a 500 Vc.c.)

Resistencia de contacto 15mΩ máx. (valor inicial) Rigidez dieléctrica 1.000 Vc.a. a 50/60Hz durante 1 minuto entre

terminales con la misma polaridad Tensión de aislamiento

nominal 1.000 Vc.a.

Corriente nominal 30 VCC: 6 A Corriente nominal 115 VCA: 0,5 A – 125,250 VCA: 10 A –480

VCA: 3 A Temperatura ambiente En servicio: -10°C a 80°C

Humedad ambiente En servicio: del 35% al 95% Tipo de microcarga 0,1 A

Indicador de operación No Precio 49.732.oo pesos

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Anexo I. Información Técnica “Final de carrera Alle n Bradley 802T”

Tipo Final de carrea eléctrico Grado de protección IP54

Frecuencia de operación

200 operaciones/min (durante carga máxima)

Frecuencia nominal 50/60Hz Tensión de operación 250 AC/DC

Corriente nominal(CC)

115-125 V: 0,4 A – 230 250 V: 0,2 A – 550-600 V: 0,1 A

Temperatura ambiente

En servicio: -18°C a 54°C

Humedad ambiente En servicio: del 35% al 95% Indicador de

operación Si según la guía 73/23/EWG de la

Unión Europea Precio 65.346.oo pesos

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Anexo J. Información Técnica “Sensor Inductivos Bal luf sensor worldwide m8”

Características Valor Número de conductores 3 hilos

Salida PNP Función Contacto NA

Distancia de<br>actuación (sn) 1mm Distancia de actuación asegurada 0…0,8mm Tención asignada de servicio DC 24 V Caída de tención estática máx. 1,5 V

Corriente asignada de servicio (Ie) 200Ma Protección contra cortocircuito No

Protegido contra polaridad inversa Si Temperatura ambiente mín. -25°C Temperatura ambiente máx. 100°C

Frecuencia de conmutación (f) 2000 Hz Grado de protección IP 67

Precio 72.694.oo pesos

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Anexo K. Información Técnica “Sensor ultrasónicos B anner U-GAGE”

Características Valor Alimentación VCC 30V

Salida 0VCC – 10VCC o 4mA – 20mA Distancia de actuación mín. 30mm (programable) Distancia de actuación máx. 300mm (programable)

Tiempo de respuesta 2,5 ms Grado de protección IP67

Corriente asignada de servicio (Ie) 200mA Protección contra cortocircuito Si

Protegido contra polaridad inversa Si Temperatura ambiente mín. -20°C Temperatura ambiente máx. 60°C

Frecuencia de conmutación (f) 300 Hz Precio 153.080.oo pesos

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Anexo L. Información Técnica “PLC Allen Bradley mic rologix 1100”

Memoria Espacio para programa de

usuario/datos 4K/4K

Registros de datos/almacenamiento de recetas

Registra de datos: hasta 128kB. Recetas: hasta 64kB

Batería de respaldo Si Modulo de memoria de copia de

seguridad Si

Entradas/Salidas Hasta 32 Con modulo de E/S incorporados

Funciones adicionales Analógico 2 entradas analógicas

incorporadas 0…10v Potenciómetro de ajustes 2 digitales

PID Si Controlador de alta velocidad

(entradas de 24 VCC.) 1 a 40 kHz

Movimiento simple: modulación de impulso en anchura/salida de tren

de impulsos

2 a 40 kHz (Versión CC FET)

Comunicación Puerto RS-232 (1)Mini DIN de 8 pines

(combinación con puerto RS-485)

Puerto RS-485 (1)Mini DIN de 8 pines (combinación con puerto RS-

232) Ethernet Puerto Ethernet/IP 10/100 Mbps

incorporado Alimentación de operación 120/240 VCA, 24 VCC, 12…24

VCC Precio 1’339.450.oo pesos

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Anexo M. Información Técnica “PLC Festo CECX-X-M1”

Carácter Propiedades Tensión 19,2 – 30 VDC

Tensión de salida / potencia de salida

Máx. consumo 69 W, máx. potencia de salida 24 V: 45 W,

máx. potencia de salida 5 V: 10 W Consumo 24 V 14 W

Temperatura de trabajo -40 a 70 °c Tipo de protección IP20

Datos CPU Procesador 400MHz – 64 MB DRAM

Ethernet, protocolos compatibles TCP/IP, EasiIP, Modbus TCP Precio 1’530.800.oo pesos

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Anexo N. Información Técnica “PLC Phoenix Contact V 8/FLK/IN”

General Propiedades Tensión nominal 24 VDC

Corriente suma Alimentación de tensión máxima

3 A

Consumo 24 V 14 W Temperatura de trabajo -20 a 60 °c


Grado de polución 2 Categoría de sobretensiones III

Precio 1’817.825.oo pesos

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Anexo O. Información Técnica “PLC Omron CJ1M-CPU21”

Item Especificaciones Tensión nominal 24 VDC

Corriente suma Alimentación de tensión máxima

3 A

Consumo 24 V 14 W Temperatura de trabajo -20 a 60 °c


Grado de polución 2 Categoría de sobretensiones III

Precio 1’538.454.oo pesos

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Anexo P. Información Técnica “Motor Siemens 1LA3 11 2-4YA80”

Item Especificaciones Frame IEC Tamaño 112L

Potencia HP 5 kW 3,7

Corriente nominal (A) 220V 15,8 380V 9,1 440V 7,9

Eficiencia (%) 77,4 Velocidad nominal (rpm) 1739

Torque nominal (Nm) 20,48 Torque de arranque (Tarr/Tn) 2,3 Corriente de arranque (Iarr/ln) 6.5

Peso (kg) 40,5 Protección IP55

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Anexo Q. Información Técnica “Electroválvula Festo 152856”

Item Especificaciones Medio Aceite mineral, viscosidad

recomendada 22 cSt (mm2/s) Presión de operación 60 bar (6 MPa)

Presión máxima permisible 120 bar (12 MPa) Voltaje 24 V DC

Power rating 12 W Actuador Eléctrico

Conexión Eléctrica 4 mm plugs o 3.5 mm jack plugs Conexión hidráulica 4 coupling sokets


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Anexo R. Información Técnica “Electroválvula Wandfl uh spool valvule NG6”

Item Especificaciones Medio Aceite mineral; otro fluido por

petición Rango de viscosidad 12mm2/s – 320mm2/s

Presión máxima 350 bar Caudal 120 bar (12 MPa)

Temperatura del fluido -20 a 70°C Voltaje 24 DC Precio 210.485.oo pesos

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Anexo S. Información Técnica “sensor omron E3S-A”

Item Especificaciones Voltaje de alimentación 10 a 30 VDC

Temperatura de operación -25 °C a 55 °C Protección IP67

Consumo de corriente 35 mA max. Rango de medición 0 a 70 cm


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Anexo T. Costo parcial de la cilindradora

Concepto Elemento Costo Sensar material Sensor P100 -Inductivo $ 47.818.oo

Controlar Sistema PLC visión 570 $ 2.774.575.oo Aplicar movimiento a pistones Wandfluh valvule $ 210.485.oo

Cilindrar Lamina Sensor SHARP $ 44.000.oo Costo parcial de los elementos seleccionados para la

automatización $ 3.076.878.oo

El sistema hidráulico que se cotizo consta de 4 cilindros de doble efecto de 60mm de diámetro y un recorrido de 350mm para ubicarlos en los extremos de los rodillos curvadores, estos ejercen una presión de 90 Tn. en cada extremo. Además dos cilindros de doble efecto para el rodillo de arrastre de 150mm de diámetro y 500mm de recorrido, estos cilindros ejercen una presión máxima de 100 Tn en cada extremo. Todo el sistema trabaja con cuatro mandos, dos para los cilindros de curvado y los otros dos para los cilindros de arrastre, el mecanismo de giro y potencia de los cilindros de arrastre es electromecánico independiente del hidráulico. Los elementos que conforman el sistema son los siguientes: • Motor trifásico de 10hp. a 1750 rpm.

• Bomba Hidráulica accionada por el motor.

• Divisor de caudal.

• Acoples y mangueras de alta presión.

• 4 cilindros de doble efecto de 60mm de diámetro y 350mm de recorrido.

• 2 cilindros de doble efecto de 150mm de diámetro y 500mm de recorrido.

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• Tablero eléctrico con la conexión a los mandos del sistema.

• 4 Mandos para operar los cilindros. Todo esto instalado con un costo de $21.000.000. Por el lado del reductor y la caja de transmisión de movimiento para el rodillo de arrastre tenemos un motor de 5hp. Accionado con un mando eléctrico con vareador incluido para controlar la velocidad de arranque y velocidad de trabajo. El bastidor se fabricara en lámina de 2" para sostener el mecanismo de movimiento y en 9mm de espesor para el resto del cuerpo de la maquina. Los cilindros de arrastre son de 200mm de diámetro. y 2500mm de longitud. Los cilindros de curvado son de 150mm de diámetro y 2500mm de longitud. Esto tiene un costo estimado de $38.000.000.

Elementos Costos Elementos para la automatización $ 3.076.878.oo Elementos para sistema Hidráulico $ 21.000.000.oo

Elementos para la ejecución mecánica $ 38.000.000.oo Costo parcial de implementación $ 62.076.878.oo

diseÑo de la automatizaciÓn para una mÁquina...

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