DISEÑO DEL SISTEMA DE MONITOREO Y CONTROL AUTOMÁTICO DE VACÍO, TEMPERATURA Y TENSIÓN EN MÁQUINA 8 DE FABRICACIÓN DE

PAÑALES EN LA EMPRESA TECNOSUR S.A.

CARLOS ANDRÉS MORALES POVEDA

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES

SANTIAGO DE CALI 2014

DISEÑO DEL SISTEMA DE MONITOREO Y CONTROL AUTOMÁTICO DE VACÍO, TEMPERATURA Y TENSIÓN EN MÁQUINA 8 DE FABRICACIÓN DE

PAÑALES EN LA EMPRESA TECNOSUR S.A.

CARLOS ANDRÉS MORALES POVEDA

Pasantía Institucional para optar al título de Ingeniero Electrónico y Telecomunicaciones

Director WILLIAM GUTIÉRREZ MARROQUÍN

Magister en Ingeniería

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES

SANTIAGO DE CALI 2014

Nota de aceptación:

Aprobado por el Comité de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar al título de Ingeniero Electrónico y Telecomunicaciones

JIMMY TOMBE ANDRADE ______________________________

Jurado

WILLIAM GUTIÉRREZ MARROQUÍN

______________________________

Director

Santiago de Cali, 7 de Noviembre de 2014.

“Este logro principalmente es gracias a Dios porque es el que me tiene con vida para alcanzar los sueños y metas que me he propuesto, a mis padres porque son el apoyo incondicional en el camino de alcanzar el éxito y que cada día me resaltan que con responsabilidad y disciplina nada es imposible, a mis compañeros de trabajo, amigos y docentes que colocaron cada uno un granito de arena para obtener conocimientos y experiencia en este etapa que es la más importante de mi vida.”

AGRADECIMIENTOS Agradezco a las personas vinculadas a la empresa TECNOSUR S.A, como al ingeniero Antonio Reyes Coordinador de departamento electrónico, quien brindo sus experiencia en el desarrollo de la pasantía, además siempre tuvo la intención de que cada día creciera como persona e ingeniero electrónico, sin el apoyo de él la realización de éste proyecto no hubiera sido posible. A mi director de proyecto, Msc William Gutiérrez Marroquín por brindarme su respaldo y conocimiento durante el desarrollo de la pasantía, que además de ser un excelente docente, se encargó de guiarme siempre que lo necesité. A la universidad Autónoma de Occidente por los años que me brindo educación de alta calidad con sus excelentes maestros y guías que tiene en sus filas. Y a todas las personas que de una u otra manera estuvieron durante estos años de formación profesional que me motivaron a convertir este sueño en realidad.

CONTENIDO

Pág. RESUMEN 14

INTRODUCCIÓN 15 1. ANTECEDENTES 17 2. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 19 2.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 19 2.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 21 3. JUSTIFICACIÓN 22 4. OBJETIVOS 24

4.1 OBJETIVO GENERAL 24 4.2 OBJETIVO ESPECÍFICOS 24 5. MARCO DE REFERENCIA 25 5.1 MARCO TEÓRICO 25 5.1.1 PROCESO DE PRODUCCIÓN DE PAÑALES 25 5.1.2 FORMACIÓN DEL COLCHÓN ABSORBENTE 27

5.1.3 FORMACIÓN CUBIERTA INTERIOR O SUPERIOR DEL PAÑAL 28 5.1.4 FORMACIÓN SIDE PANEL 29 5.1.5 FORMACIÓN CUBIERTA EXTERIOR 29

5.1.6 FORMACIÓN FINAL DEL PAÑAL 30

5.1.7 CORTE, DOBLEZ Y EMPAQUE DEL PAÑAL 30

5.2 SENSORES. 31 5.2.1 TIPOS SENSORES 33 5.3 PLC 33 5.4 INTERFAZ HMI. 36 6. METODOLOGÍA 38

7. DESARROLLO DE LA METODOLOGÍA 39 7.1 ETAPA DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN Y REQUISITOS. 39 7.1.1 ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA 8 39 7.1.2 APLICACIÓN DEL SIDE PANEL Y FORMACIÓN DE PESTAÑAS 40 7.1.3 ESTRUCTURA UNIDAD DE PESTAÑAS (SIDE PANEL) 41 7.1.4 VACÍO Y TEMPERATURA DE UNIDAD DE PESTAÑAS (SIDE PANEL) 42 7.1.5 PROCESO UNIDAD DE PESTAÑAS (SIDE PANEL). 44 7.1.6 ESTRUCTURA DE RODILLOS DE SIDE PANE 45 7.1.7 ESTADÍSTICAS DE PARADAS Y TIEMPOS PERDIDOS 46 7.1.8 REQUERIMIENTOS PARA SISTEMA DE CONTROL Y SUPERVISIÓN. 48 7.2 ETAPA DE ESPECIFICACIONES DE SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y CONTROL. 49 7.2.1 SISTEMA DE VACÍO 49 7.2.1.1 DIAGRAMA DE BLOQUES DE SISTEMA DE VACÍO. 52 7.2.2 SISTEMA DE TEMPERATURA 52 7.2.2.1 DIAGRAMA DE BLOQUES DE SISTEMA DE TEMPERATURA. 55 7.2.3 SISTEMA DE TENSIÓN. 55 7.2.3.1 DIAGRAMA DE BLOQUES DE SISTEMA DE TENSIÓN. 58 7.2.4 INTERFAZ HMI DE SISTEMA DE CONTROL Y SUPERVISIÓN 58 7.3 ETAPA DE DISEÑO DEL SISTEMA CONTROL Y SUPERVISIÓN. 60 7.3.1 DISEÑO DEL SISTEMA CONTROL DE VACÍO 60 7.3.1.1 COMPONENTES SISTEMA DE CONTROL DE VACÍO 60 7.3.1.2 INTERFAZ SISTEMA DE CONTROL DE VACÍO 60

7.3.1.3 PROGRAMACIÓN CONTROL DE VACÍO 64 7.3.2 DISEÑO DEL SISTEMA CONTROL TEMPERATURA 69 7.3.2.1 COMPONENTES SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA 69 7.3.2.2 INTERFAZ SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA 70 7.3.2.3 PROGRAMACIÓN CONTROL DE TEMPERATURA 73 7.3.3 DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL TENSIÓN 76 7.3.3.1 COMPONENTES SISTEMA DE CONTROL TENSIÓN 77

7.3.3.2 INTERFAZ SISTEMA DE CONTROL DE TENSIÓN 77 7.3.3.3 PROGRAMACIÓN CONTROL DE TENSIÓN 81 7.4 ETAPA DE DISEÑO DE ARQUITECTURA. 92 7.4.1 DISEÑO DE ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE VACÍO. 92 7.4.2 DISEÑO DE ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE TEMPERATURA. 95

7.4.3 DISEÑO DE ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE TENSIÓN. 98 7.5 ETAPA DE SELECCIÓN. 101

7.5.1 SELECCIÓN EQUIPOS PARA SISTEMA DE VACÍO 101 7.5.2 EQUIPOS PARA SISTEMA DE TEMPERATURA 102 7.5.3 EQUIPOS PARA SISTEMA DE TENSIÓN 102

7.5.4 PRESUPUESTO SISTEMA DE CONTROL Y SUPERVISIÓN 103 8. CONCLUSIONES 106

BIBLIOGRAFÍA 108 ANEXOS 110

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Planta de pañales Tecnosur S.A 25 Figura 2. Diagrama de flujo de procesos de producción 26 Figura 2. Diagrama de arquitectura PLC 33 Figura 4. Estructura servomotor y driver 37 Figura 5. Plano completo de la máquina 8 39 Figura 6. Pañal con pestañas aplicadas 40 Figura 7. Unidad de corte y aplicación de las pestañas en 3d 41 Figura 8. Ejes de cuchillo en 3d 42 Figura 9. Eje contra cuchillo 3d 43 Figura 10. Unidad de formación de las pestañas 44 Figura 11. Sistema de rodillos de side panel 45 Figura 12. Corte anatómico de side panel 45 Figura 13. Cantidad de paradas por unidad en máquina 8 46 Figura 14. Tiempos perdidos por unidad en máquina 8 47 Figura 15. Tiempos perdidos por unidad en planta 48 Figura 16. P&DI sistema de vacío sin control 49 Figura 17. P&DI sistema de vacío con control 50 Figura 18. PID sistema de vacío 50 Figura 19. P&DI sistema de temperatura sin control 52

Figura 20. P&DI sistema de temperatura con control 53 Figura 21. PID sistema de temperatura 53 Figura 22. Sistema de rodillo con mejora 55 Figura 23. Sistema de rodillo automático 56 Figura 24. Medición de posición de corte 56 Figura 25. Proceso de control de la cinta 57 Figura 26. Menú de opción de la interfaz HMI 59 Figura 27. Conexión Ethernet Panel View y PLC 59 Figura 28. Sistema de control de vacío 60 Figura 29. Opción VACÍO SIDE 60 Figura 30. Modo AUTOMATICO off 61 Figura 31. Modo AUTOMATICO on 61 Figura 32. Pulsador tipo GOLD 62 Figura 33. Pulsador vacio de TIPO SEC 62 Figura 34. SET POINT vacio 63 Figura 35. Ajuste parametros pid 63 Figura 36. Diagrama de flujo sistema de vacío 64 Figura 37. Configuración de parámetros PID 67 Figura 38. Configuración de módulos Controllogix 68 Figura 39. Sistema de control de temperatura 70 Figura 40. Opción TEMPERATURA 70 Figura 41. Grafica temperatura del chiller 71 Figura 42. Botón temperatura de unidad de side panel 71

Figura 43. Grafica temperatura unidad de side panel 72 Figura 44. Ingreso de valores 72 Figura 45. Ajuste PID de control de temperatura 73 Figura 46. Diagrama de flujo sistema de temperatura 74 Figura 47. Opción FASE CINTA 77 Figura 48. Sistema no calibrado 78 Figura 49. Sistema calibrado 79 Figura 50. Mover 2 mm 79 Figura 51. Fase 2 mm al lado derecho 80 Figura 52. Fase 2 mm al lado izquierdo 80 Figura 53. Señal de sensores y leva 81 Figura 54. Diagrama de flujo modo manual 82 Figura 55. Diagrama de flujo modo automático 83 Figura 56. Sistema de control de vacío unidad de side panel 92 Figura 57. Entradas analógicas sistema de vacío. 93 Figura 58. Salidas analógicas sistema de vacío. 94 Figura 59. Sistema de control de temperatura de la unidad de side panel 95 Figura 60. Entradas analógicas sistema de temperatura 96 Figura 61. Salidas analógicas sistema de temperatura 97 Figura 62. Sistema de control de posición de la unidad de side panel 98 Figura 63. Entradas digitales sistema de posición 99 Figura 64. Salidas digitales sistema de posición 100

LISTA DE CUADROS

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Cuadro 1. Tipos de sensores 33 Cuadro 2. Cantidad de paradas por unidad en máquina 8 46 Cuadro 3. Tiempos perdidos por unidad en máquina 8 47 Cuadro 4. Tiempos perdidos por unidad en planta 48 Cuadro 5. Tags entradas y salidas control vacío 65 Cuadro 6. Alarmas sistema de vacío . 69 Cuadro 7. Tags entradas y salidas control temperatura 74 Cuadro 8. Alarmas sistema de temperatura 76 Cuadro 9. Tags entradas y salidas control posición 84 Cuadro 10. Alarmas sistema de posición cinta 91 Cuadro 11. Presupuesto de proyecto 104

LISTA DE ANEXOS

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Anexo A. Características módulo 1756-IF8 110 Anexo B. Características módulo 1756-OF8 111 Anexo C. Características módulo 1756-OB16 112 Anexo D. Características módulo 1756-OB16 113 Anexo E. Características sensores SMC ZSE30A/ ISE30A 114 Anexo F. Características sensores de temperatura MK2/EK2 115 Anexo G. Características servomotor OMRON R88M-G40030T-S2 116 Anexo H. Características válvula 100-01 CLA-VAL 117 Anexo I. Características válvula DANFOSS Tipo EV260B 118 Anexo J. Características Sensor fotoeléctrico E3S-CL 119

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RESUMEN

El propósito principal de este proyecto de grado constituye el diseño del sistema de control y supervisión de variable de temperatura, vacío y tensión para la máquina de pañales desechables de la línea 8, fabricados por la empresa TECNOSUR S.A, la propuesta de mejora es apoyada por el departamento de electrónica de la compañía. En el documento se expone los métodos de desarrollo que se emplearon para el diseño del proyecto, que como objetivo general es brindar a la empresa una alternativa de solución a los problemas que actualmente tiene en las unidades de corte anatómico y pestañas o side panel. En el desarrollo de la pasantía tiene como fin disminuir los altos valores de pérdidas registrados en año 2013, y el propósito principal en este proyecto es permitirle a la parte operativa una herramienta de sistema SCADA para tener un mayor control de las variables que se requieren en el proceso de producción. Es muy importante resaltar al personal de la empresa que a lo largo de todo el proyecto tuvieron un apoyo al proyecto y manifestaron sus ideas expuestas a mejoras sin afectar los índices de producción, como operarios, coordinadores de máquina y supervisores. Palabras claves: variables, temperatura, vacío, tensión, SCADA, corte anatómico, side panel, pañales desechables.

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INTRODUCCIÓN La automatización industrial moderna se ha convertido en un medio de gran importancia para mejorar la eficacia y rendimiento de los procesos productivos, la instalación de equipos de medición permite obtener información del comportamiento de variables físicas empleadas en unidades de producción y posibilita utilizar los datos obtenidos para visualizarlos en una pantalla o hacer un control automático, estas acciones hacen que la toma de decisiones tácticas y de operación sean más eficaces para el rendimiento de una empresa. Los sistemas de control automático es un conjunto de elementos físicos interconectados, que son capaces de gobernar su actuación por sí mismo, sin necesidad de manipulaciones humanas, corrigiendo además los posibles errores que se presenten en su funcionamiento por perturbaciones inesperadas, los sistemas automáticos se componen por una parte actuadora y una parte controladora que es la que envía órdenes precisas para ejecutar las acciones de control. La instrumentación se conoce como un conjunto de ciencias y tecnologías mediante las cuales se miden cantidades físicas o químicas con el objeto de obtener información para su archivo, evaluación y actuación sobre los sistemas de control automático. El gran objetivo de los sistemas de instrumentación es apoyar al usuario en la medición, regulación, observación y transformación de variables; algunos ejemplos de variables más medidas son: Presión, Nivel, Temperatura, Flujo, Densidad, Variables de análisis químico, entre otros. En los sistemas automáticos, es vital los sistemas de comunicación, los buses de datos que permiten la integración de equipos para la medición y control de variables, estos buses son denominados buses de campo. El control automatizado tiene como elementos fundamentales los reguladores que posibilitan generar las señales de control, los transductores que adaptan un tipo de energía a otro que sea adecuado para el controlador y captadores que obtienen información en el sistema para realimentarla enviando a los comparadores que calculan la señal de error y por último los actuadores que es el elemento final de control que son capaces de obedecer a una señal eléctrica o neumática procedente

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del regulador y de actuar sobre la planta modificando alguno de sus parámetros fundamentales de funcionamiento. Tecnosur es una planta de producción de pañales absorbentes desechables que está ubicada en el departamento del cauca y hace parte de la compañía Tecnoquímicas , empresa que ha ayudado al desarrollo de la población brindando oportunidades de trabajo y capacitación a los habitantes de Villa rica -Cauca. Durante la producción en Tecnosur se presentan inconvenientes de medición y corrección de variables temperatura, posición y vacío en algunas de las etapas que conforman el proceso de fabricación de pañales como en el corte de pestañas y corte anatómico , donde se ven involucrados regiones del pañal nombradas como Side panel y la cinta mecánica. La cinta Side Panel y la cinta mecánica son cortadas y unidas para ser aplicadas al pañal, La máquina de la línea 8 produce 500 p.p.m (pañales por minuto), en las estadísticas presentadas en este documento se observa que la unidad de side panel se pierde en promedio 1 hora por día, es decir 30000 pañales diarios que en términos de costo por producto es un total de 6 millones de pesos por cada día.

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1. ANTECEDENTES

Los siguientes antecedentes fueron encontrados en el proceso de fabricación de pañales Tecnosur S.A. Diseño del sistema de control de tensión para una máquina laminadora pañalera en Tecnoquímicas 1 La propuesta del proyecto fue el diseño del sistema de control de tensión para una máquina laminadora en Tecnosur S.A. El sistema de control está compuesto por un controlador, una tarjeta de entradas digitales, una tarjeta de entradas análogas y una tarjeta de salidas análogas, donde son cableadas los equipos e instrumentación de la laminadora. En el sistema de supervisión consiste en interfaz hombre máquina la cual permite al operario interactuar con el proceso de laminado de una forma dinámica mediante pantallas, de esta forma se monitorean las variables y puede modificarse también ciertos parámetros del proceso. Este sistema se encuentra en red con el PLC mediante el protocolo Ethernet entre el PLC y el panel View, donde está diseñada una interfaz HMI que permite ajustar los parámetros de producción de los procesos de laminado. En este proceso el sistema de tensión en la máquina laminadora era manual, y como consecuencia existían perdidas de sincronismo de los motores asociados al sistema de laminado y bobinado de la laminadora que perturban la tensión en el momento de elaborar la cubierta exterior de los pañales desechables que son producidos en la empresa. La ejecución de proyecto logro mejorar la calidad el producto por que el laminado no continuo presentando problemas de formación, además permitió al operario 1 UAO. Repositorio Universidad Autónoma de Occidente [en línea], Cali, Colombia, UAO, 2011 [consultado

12 Enero de 2014]. Disponible en internet:

http://bdigital.uao.edu.co/bitstream/10614/1402/1/TEK00531.pdf

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tener un mejor rendimiento en los resultados de producción y la empresa disminuyo las pérdidas económicas que se generaban en la maquina laminadora. Estandarización e implementación de una interfaz para las variables críticas de equipos Nordson.2 La propuesta del proyecto consistió en implementar un sistema integral de información para operación y mantenimiento preventivo y predictivo del equipo de aplicación de adhesivos Nordson para la producción de pañales en Tecnosur S.A Inicialmente se analizó la información del manual de operación para cada clase de tanque y la información sobre los módulos y aplicadores se realizó una recopilación de los despieces de cada una de las partes que componen el sistema de aplicación de adhesivo, posterior a esto se determinó cual es el proceso correcto a seguir en los procesos de mantenimiento y detección de fallas, finalizada toda la recopilación de la información necesaria se procedió a seguir con el desarrollo del sistema de información. Posteriormente se diseñó una interfaz gráfica que permite monitorear las variables críticas de los tanques de aplicación de adhesivo con gráficos de tendencias que ayudan a ver el comportamiento en el tiempo, para la adquisición de las señales se utilizó un sistema de sensores y un sistema de amplificación paralelo para enviar esta señales a un PLC, y poder guardar la información de las variables temperatura y velocidad en una base de datos. El diseñador de este proyecto seleccionó utilizar el lenguaje PHP para el desarrollo de la interfaz.

2 UAO. Repositorio Universidad Autónoma de Occidente [en línea], Cali, Colombia, UAO, 2008 [consultado 13 Diciembre de 2013]. Disponible en internet:http://bdigital.uao.edu.co/bitstream/10614/435/1/T0003550.pdf

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2. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

2.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La producción de pañales de Tecnosur S.A consta de varias etapas: Formación del cojín absorbente. Formación de la cubierta interior o superior del pañal. Formación del panel lateral. Formación de la cubierta exterior. Formación final del pañal. Corte, doblez y empaque del pañal.

En la etapa de formación del cojín absorbente se ubican los tambores de formación y de transferencia, los cuales requieren vacío, esta variable se utiliza para succionar la mezcla de pulpa-SAP contra las mallas de los tambores de formación de los colchones y luego se emplea en el tambor de transferencia para llevarlo a otra etapa, en este proceso se presentan problemas cuando la presión negativa disminuye, estos problemas de ausencia o disminución del vacío ocasionalmente se presentan, cuando las válvulas manuales que permiten el flujo no están dando el suficiente paso de caudal, las tuberías tienen fugas y están taponadas de SAP por un mantenimiento insuficiente, causando que no llegue la materia prima a los tambores de formación y al de transferencia, obteniendo un producto defectuoso, como consecuencia de lo anterior el cojín súper absorbente no alcanza una buena formación de acuerdo a los estándares de peso y tamaño definidos en la empresa, por tal motivo se requiere un seguimiento y control de la variable para que no se presenten problemas en esta etapa, permitiendo mantener una presión en los valores necesarios para obtener un producto de buena calidad. En las etapas de cubierta exterior e interior la ausencia de vacío origina un corte defectuoso en la cinta de cubierta exterior e interior, con las condiciones actuales del proceso es necesario hacer paradas cuando se necesite el cambio de referencia de pañal debido a que se requiere ajuste manual de presión negativa para garantizar un buen corte en la unidad de frontal , con frecuencia, cuando se requiere hacer un

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cambio de referencia (tamaño del pañal) se presenta el 10% del tiempo total de paradas anuales y un 4% es causado por la unidad de frontal, ya que las válvulas manuales no están permitiendo entregar adecuadamente el vacío a las unidad de aplicación de la cinta frontal y bandas transportadoras, generando un gran número de pañales descartados; ante la falta de una medición y control, el operario no tiene como hacer seguimiento en dichos lugares; cuando las unidades tienen ausencia o demasiada presión, el corte y la aplicación de las cintas en el pañal es deficiente, obteniendo un pañal con muchas imperfecciones o irregularidades. En las etapas donde se realiza la formación de la cubierta exterior, formación final del pañal y corte, doblez y empaque del pañal, se tienen unidades de corte; cuando se presentan inconvenientes de corte, estos son debido a que las cuchillas no están a la temperatura requerida para tener un corte adecuado, las cuchillas se mantienen frías con un fluido que proviene de un refrigerador, el chiller; que es una máquina frigorífica cuyo cometido es llevar a una temperatura establecida las cuchillos por medio de un fluido refrigerante , este dispositivo tiene un sistema de control de temperatura, pero en las etapas de producción se requiere tener una medición de temperatura directamente en la unidades de corte, para identificar cuando se presentan fallas en estas herramientas. La temperatura en las cuchillas permite hacer un corte adecuado en las unidades de orejas traseras, frontales, corte anatómico, entre otros, cuando no se tiene la temperatura adecuada, aumenta el número de descartes de pañales, ya que el producto final sale con deformación. Teniendo en cuenta que el chiller es un dispositivo que ya cuenta con controladores para establecer cualquier valor requerido de temperatura; cuando este dispositivo falla, es necesario para la empresa parar la producción, la cual se reanuda cuando se logre reparar o cambiar el equipo refrigerador, en ocasiones el chiller está funcionando adecuadamente, pero las cuchillas no funcionan correctamente, debido al taponamiento en alguna tubería o al corte defectuoso realizado por la cuchilla. Lo anterior ocasiona un promedio anual de 50 horas de tiempo de parada y con un promedio total de 1350000 unidades de pañal descartados. En la etapa de formación del panel lateral, se encuentra la unidad de corte de cinta mecánica o adhesiva, en la cual se encuentran las cuchillas que realizan el corte anatómico de la cinta, en este lugar se requiere tener una buena alineación de la cinta , para garantizar un buen corte; muchas veces se presentan problemas por la variación de la tensión en y no llega en la posición adecuada a la ejecución del corte, presentando una cantidad alta de descartes de pañales que no tienen la longitud adecuada, ocasionando paradas automáticas en la máquina; En esta etapa se realiza el ajuste manual de posición de la cinta modificando la ubicación de algunos rodillos, al carecer de sensores y visualizadores que le permitan al operario hacer seguimiento de la tensión en la cinta; esta etapa es una de las que más causa

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paradas con un promedio anual de 8.20% del total de la producción, es por eso que es muy importante disponer un sistema de control automático en la posición de la cinta. Tecnosur S.A es una compañía que se encarga de la producción de pañales desechables de diferentes etapas o tamaños; para esto, posee una gran cantidad de máquinas para su fabricación, y aunque llevan un tiempo considerable en la producción aún se presentan pérdidas de tiempo y dinero, cuando surgen inconvenientes en los diferentes procesos; ya que al momento de proceder a la solución de los problemas no se tiene claro en qué etapa y que variable puede estar causando el problema. 2.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

Para Tecnosur es importante realizar mejoras en el proceso productivo de los pañales desechables ya que a partir de estas puede mejorar la productividad de la empresa y mejorar la satisfacción del cliente; es por eso que la pregunta que este proyecto pretende resolver viene relacionada con: ¿Qué beneficios tendría TECNOSUR S.A si se desarrolla el diseño del sistema de monitoreo y control automático de vacío, temperatura y tensión en máquina de pañales de la línea 8 para la unidad de Side panel?

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3. JUSTIFICACIÓN

El auge de la globalización y la competitividad ha ocasionado que las compañías actualmente busquen la manera de incursionar y crecer en el mercado, generando en las empresas un ideal de inversión y expansión como factor de desarrollo, para ello se busca disminuir los problemas que se presentan en los procesos productivos y tener una modernización en los equipos para competir con el mercado. La mayoría de las máquinas de producción pañalera que posee Tecnosur S.A se adquirieron hace aproximadamente 10 años, razón por la cual no cuentan con la tecnología en instrumentación que se existen hoy día, como instrumentación adecuada, sistemas de control de variables como vacío, temperatura, tensión, posición, entre otros, con el desarrollo de un sistema de monitoreo y control se desea mejorar el proceso productivo en el corte y aplicación de las pestañas en la unidad de side panel y corte anatómico. La ejecución del proyecto, tendrá como gran beneficiado la empresa y a las personas que se involucran con la máquina; la calidad del producto mejora porque se tendrán menos problemas en los procesos, logrando una mejor formación del producto, las unidades de corte alcanzaran un mayor rendimiento, se disminuirá la cantidad de productos descartados, se podrá hacer seguimiento continuamente a las bombas de vacío y a la temperatura del chiller, facilitará el mantenimiento de las bandas transportadoras, las unidades de sellamiento y aplicación, las cuchillas de corte, tambores de formación entre otras unidades de la máquina, se podrá identificar donde pueden haber taponamientos por parte de los residuos de la pulpa-SAP y se disminuirán los tiempos de parada, ya que se tendrán diagnósticos rápidos cuando se presente fallas en las etapas de producción, así como se tendrá una menor perdida de pulpa-SAP, cinta, tela no tejida hidrofílica e hidrofóbica, sublayer, side panel, flutted, lycra, adhesivos hot melt, entre otras materias primas, además se podrá disminuir los costos por perdida de energía KW/h en el proceso de producción. En general la empresa mejorara la calidad de la producción, obteniendo mejores resultados y aumentando la oportunidad con el cliente, serán más eficaces con los tiempos de producción, reducirá los tiempos de mantenimiento por parte de los operarios, se tendrá mayor disponibilidad de productos, se disminuirá el consumo de energía y se incrementara la seguridad en el proceso.

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Además, con la ejecución de este sistema, la empresa tendrá una base que servirá para la actualización de otras máquinas con características similares que se encuentren en la compañía, alcanzando algunas metas como la modernización de todo el sistema de producción y su integración, obteniendo soluciones de los problemas en cada una de ellas oportunamente. Por otro lado este proyecto permite adquirir experiencia y conocimiento en campos como en la instrumentación, control, electrónica, informática industrial, entre otros, debido a que es un aplicativo de los fundamentos teórico-prácticos adquiridos a lo largo del proceso académico, contribuyendo además al desarrollo de nuevos conocimientos y habilidades para darle solución a una problemática real de una empresa relacionada con el campo de acción de la Ingeniería electrónica.

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4. OBJETIVOS

4.1 OBJETIVO GENERAL

Diseñar un sistema de monitoreo y control automático para las variables de vacío, temperatura y tensión en la máquina 8 de fabricación de pañales en la empresa TECNOSUR S.A. 4.2 OBJETIVO ESPECÍFICOS Diseñar y especificar un sistema de control de vacío para para la unidad de corte

del side panel. Diseñar y especificar un sistema de control de temperatura en cámaras de la

unidad de corte del side panel. Diseñar y especificar un sistema de control de tensión para la unidad de corte

anatómico del side panel. Documentar el proyecto con manuales, diagramas de instrumentación, eléctrico,

electrónico y neumáticos. Implementar el sistema diseñado con el PLC Controllogix 5000 de Allen

Bradley que controla el funcionamiento de la máquina.

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5. MARCO DE REFERENCIA

5.1 MARCO TEÓRICO

A continuación se presentan la caracterización del proceso de fabricación de pañales desechables empleado por la empresa Tecnosur S.A. en seguida se presentan algunas características los equipos de medición y control que se necesitan en el proyecto. 5.1.1 Proceso de producción de pañales. A continuación se presenta el proceso de fabricación de pañales que se tiene en la máquina de pañales en Tecnosur S.A. Figura 1. Planta de pañales Tecnosur S.A

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Figura 2. Diagrama de flujo de procesos de producción

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5.1.2 Formación Del Colchón Absorbente La pulpa (celulosa), es alimentada al molino por unos rodillos de velocidad

variable, para mantener la relación correcta entre dosificación de la pulpa y velocidad de la máquina. En el molino la pulpa es desfibrada mediante un rotor de cuchillos que trabaja a velocidad constante. La pulpa desfibrada es transportada por medio de vacío a través de unos ductos de acero inoxidable que la conducen a los tambores de formación.

El súper absorbente (SAP), es adicionado en el trayecto de los ductos que

transportan la pulpa, mediante un equipo de dosificación por carga, para lograr una mezcla homogénea entre la pulpa y el súper absorbente.

El sistema de vacío succiona la mezcla pulpa-SAP contra la malla de los

tambores de formación de los colchones, en donde un rodillo peinador garantiza la uniformidad del colchón. En las máquinas la unidad de formación está compuesta por dos tipos de tambores (de formación y transferencia). Aunque se debe tener en cuenta que hay referencias (tamaño) que no llevan colchón inferior por lo cual se deshabilita en el proceso.

El colchón puede ser formado mediante dos mecanismos: un tambor el cual

forma un solo colchón o un colchón inferior y otro superior los cuales se unen después para formar un solo colchón el cual tendrá apariencia tridimensional. El colchón inferior ya formado, pasa al tambor de transferencia gracias a una cámara de vacío, esta lo entrega a una banda transportadora perforada que tiene cámara de vacío, la cual transporta una tira de carrier. Ambos materiales pasan por un rodillo de teflón. Luego de esta etapa se entrega a la banda el colchón superior formado y se le adiciona una cubierta de carrier que va en la parte superior de este colchón.

El carrier inferior y superior antes de unirse con los respectivos colchones pasan

por unos módulo de aplicación de adhesivo tipo hot melt que unirá el papel con los materiales absorbente.

La tira de colchones y papel pasan a través de una prensa de compactación,

compuesta por unos rodillos y una banda que permite regular la presión. Estos rodillos reducen gradualmente el volumen de la tira de colchones y el carrier a un espesor predeterminado, con el fin de producir pañales de un espesor uniforme.

La tira de colchones y carrier compactada pasa a otra banda transportadora

perforada y con cámara de vacío en donde se le aplica el sublayer. La unidad del sublayer consta de unos rodillos guías que transportan el sublayer hasta un

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rodillo de arrastre, pasa por un módulo de aplicación de adhesivo hot melt y llega a una banda de arrastre perforada con cámara de vacío la cual lo pasa a un tambor con contra cuchillas con vacío en donde es cortado y adicionado a la banda de colchones y carrier.

Luego pasa por la unidad de corte colchón en donde otra banda transportadora

perforada y con cámara de vacío crea una separación entre colchones al ser cortados.

5.1.3 Formación Cubierta Interior O Superior Del Pañal.

La fabricación de la cubierta interior o superior se lleva a cabo en la parte

superior de la máquina, para esto un rollo de tela no tejida hidrofóbica es alimentada a la máquina por medio de un rebobinador gobernado por un balancín, para mantener la tensión del material de acuerdo con la velocidad de la máquina. Esta tira de tela no tejida pasa por medio de rodillos y una guía Fife la cual garantiza que la tela permanezca alineada antes de pasar por la cuchilla de corte longitudinal, la cual corta la tira de tela no tejida a la mitad.

A estas dos tiras, y por medio de dos módulos de aplicación de adhesivo hot

melt, se le adiciona los hilos de lycra en cada extremo en donde fue realizado el corte. Pasa por una bandeja, la cual realiza un doblez a cada tira y finalmente es sellada, a través de dos módulos de aplicación de adhesivo hot melt.

Estas dos tiras se unen a lado y lado de una tela no tejida mediante dos

mecanismos: la aplicación de dos líneas de adhesivo hot melt o el uso del termo sellado intermitente, según el mecanismo de cada máquina, quedando de esta manera formadas las barreras del pañal. Estas barreras se aseguran a la tela no tejida hidrofílica o tela central con un termo sellado intermitente quedando unida solo en los extremos

Esta tira de telas no tejidas pasa por una guía Fife la cual alinea el material para

la aplicación del side panel. A esta tira se le une el foam o flutted (según la referencia a fabricar), cuya unidad

consiste en un rebobinador que por medio de un balancín y rodillos guía alimenta la máquina a través de una la guía Fife que la alinea hacia un tambor perforado con vacío y luego a otro -tambor contracuchllla perforado con vacío donde es cortado y transportado a unos platos metálicos siliconados en los bordes que estiran transversalmente el foam o flutted y lo pegan a la cubierta superior, a la cual ya se le ha adicionado hot melt en la sección donde va pegado el foam o flutted.

29

5.1.4 Formación Side Panel.

La unidad de side panel tiene rebobinadores gobernados ppor un balancín, el

cual permite mantener la tensión del tipo de side panel (según la referencia a fabricar). Esta tira de side panel pasa por la unidad de cinta adhesiva o mecánica (según la referencia a fabricar), en donde se le adicionan simultáneamente cinta a ambos lados del material. Esta unidad es alimentada por dos rollos de cinta adhesiva o mecánica que por medio de unos rodillos son transportadas hacia unos módulos de aplicación de adhesivo hot melt en slot o espiral de adhesivo en los anclajes de las tiras de la cinta adhesiva o mecánica. Luego pasan a un tambor contra cuchilla perforado, con vacío, en donde son cortadas en secciones, de acuerdo al tamaño requerido por la referencia a fabricar, y por medio de unos rodillos zapatas siliconados son posicionadas y pegadas a la tira de side panel.

La tira de side panel con cinta adhesiva o mecánica (según la referencia a

fabricar), pasa por una unidad de corte longitudinal que la corta a la mitad. Al salir del troquel (en caso de requerir corte anatómico), las mitades pueden ser

transportadas de dos formas: por medio de dos guías Fife que se encargan de alinear la tira hacia el módulo de aplicación de adhesivo. Dicha tira, también puede ser por un tambor de vacío a unas bandejas inclinadas por la cuales e! material se desliza hasta el rodillo de arrastre que tiene los zapatas siliconadas.

El material pasa por los aplicadores de adhesivo donde se le aplica una capa de

adhesivo en espiral que pasa por las bandas perforadas con vació, las cuales alimentan el troquel de corte final que a su vez corta y pega cada tramo de cinta a la cubierta superior.

5.1.5 Formación Cubierta Exterior

Para la cubierta exterior el material a usar (dependiendo de la referencia a

fabricar), es alimentado por dos rebobinadores, gobernados cada uno por su respectivo balancín, para mantener la tensión del material de acuerdo a la velocidad de la máquina o a las marcas de la fase (dependiendo del material a usar). Este material pasa a la máquina por medio de rodillos guías pasando por a una guía Fife que alinea el material a la entrada de la unidad de cinta frontal.

La unidad de cinta frontal consiste en un rebobinador que orienta el frontal hacia

un rodillo de arrastre y lo lleva a un módulo de aplicación de adhesivo hot melt y finalmente pasa por una banda de arrastre la cual lo transporta a un tambor

30

contra cuchilla perforado y con vacío en el cual es cortado en secciones, de acuerdo al tamaño requerido por la referencia a fabricar, antes de ser pegado a la cubierta exterior.

La cubierta exterior pasa por otra guía Fife que mantiene el material alineado y

llega a otros módulos de aplicación de adhesivo hot melt en los cuales aplican adhesivo a los extremos de la cubierta, luego pasa a otro módulo de aplicación de adhesivo hot melt, dejando sin adhesivo el espacio de donde se unirán los hilos de Lycras.

Llegando al final del recorrido se le adicionan los hilos de lycra a través de

aplicación de adhesivo hot melt.

Finalmente está cubierta exterior es pegada al colchón junto con la cubierta superior.

5.1.6 Formación Final Del Pañal

Ya con el cojín absorbente cortado en la banda, este se complementa con la

cubierta interior y con la cubierta superior, uniéndose todos estos componentes al tiempo.

La tira armada de pañal pasa por una unidad de sello transversal que garantiza

una correcta unión de las partes por medio de presión del rodillo contra las bandas.

La tira de pañal es transportada por una banda perforada y con cámara de vacío

hacia un troquel en donde se realiza el corte anatómico final que le da diseño anatómico al pañal.

5.1.7 Corte, Doblez Y Empaque Del Pañal

La Tira de pañales es llevada a unos rodillos de arrastre y unas barras

plegadoras que se encargan de hacer el doblez longitudinal a lado y lado de la tira de pañales.

De aquí pasa a la unidad de corte final en donde la tira es cortada en pañales.

Una vez cortada la tira, cada pañal es transportado por unas bandas hacia el doblador, en donde es doblado transversalmente por dos paletas que tocan el pañal en los extremos longitudinales.

31

Cuando el producto va en empaque individual, el pañal doblado es transportado

por bandas hasta la unidad de empaque en donde cada unidad de pañal es envuelto en una tira de polietileno impreso que luego es cortado por un sello a través de calor y continúa por las bandas hasta el agrupador. Cuando el pañal no va en empaque individual, el pañal doblado es transportado por bandas hasta el agrupador, las bandas de descarga transfieren el pañal a la ruleta del agrupador en donde son revisados aleatoriamente por defectos físicos y peso.

Los pañales son transportados por la ruleta hacia la salida de empaque, en

donde una serie de pistones neumáticos e hidráulicos se encargan de introducir los pañales a una boquilla.

El agrupador libera los pañales a través de la boquilla hacia la bolsa (empaque

primario), qua es colocada a la salida de la misma boquilla por una persona de empaque, quien posteriormente dobla la solapa de la bolsa.

5.2 SENSORES.

Un sensor o captador, es un dispositivo diseñado para captar información de una variable física del proceso y transformarla en otra magnitud, normalmente eléctrica, que seamos capaces de cuantificar y manipular. Algunos sensores que se utilizaran en este proyecto son los sensores de temperatura, estos son dispositivos que transforman los cambios de temperatura en cambios de señales eléctricas que son procesados por un equipo eléctrico o electrónico. Hay tres tipos de sensores de temperatura, los termistores, los RTD y los termopares. El sensor de temperatura, típicamente suele estar formado por el elemento sensor, de cualquiera de los tipos anteriores, la vaina que lo envuelve y que está rellena de un material muy conductor de la temperatura, garantiza que se transmitan rápidamente al elemento sensor y al equipo electrónico los cambios de temperatura Otra variable a medir es la presión que es una fuerza que ejerce sobre un área determinada, y se mide en unidades de fuerzas por unidades de área (pascal o PSI),

32

esta fuerza se puede aplicar a un punto en una superficie o distribuirse sobre esta, cada vez que se ejerce una deflexión, una distorsión o un cambio de volumen o dimensión. Las mediciones de presión pueden ser desde valores muy bajos que se consideran un vacío, hasta miles de toneladas por unidad de área. Para medir la presión se utilizan sensores que están dotados de un elemento sensible a la presión y que emiten una señal eléctrica al variar la presión o que provocan operaciones de conmutación si esta supera un determinado valor límite. Alguno de los métodos es medir presiones por medio del manómetro de Bourdon, que consiste en un tubo aplanado de bronce o acero curvado en arco. A medida que se aplica presión al interior del tubo, éste tiende a enderezarse, y éste movimiento se transmite a un cuadrante por intermedio de un mecanismo amplificador adecuado. Los tubos Bourdon para altas presiones se hacen de acero. Puesto que la exactitud del aparato depende en gran parte del tubo, sólo deben emplearse tubos fabricados de acuerdo con las normas más rigurosas y establecidas cuidadosamente por el fabricante. Es importante tener en cuenta la presión que se mide respecto a un punto de referencia, ya que pueden distinguirse los siguientes tipos: Presión absoluta

Presión diferencial Presión negativa.

Para la medición de la posición se utilizan equipos que nos indican en qué lugar estará un objeto antes de que el mismo se mueva, para medir esta variable existen diferentes principios para ejecutar una medida de posición como por efecto ultrasónico, luz láser, magnéticos, encoders, entre otros.

33

5.2.1 Tipos Sensores. En el siguiente Cuadro se muestra algunos tipos de sensores electrónicos que se podrían utilizar en el desarrollo del proyecto. Cuadro1. Tipos de sensores

Variable Sensor

Temperatura

Termopar RTD Termistor NTC Termistor PTC Sensor de temperatura lm35 Ad590

Presión

Piezoeléctricos Sensor de presión positiva Sensor presión negativa

Posición

Captadores Sensor de ausencia Sensor de presencia Sensores ultrasónicos Sensor fotoeléctrico Encoder Fotoceldas

5.3 PLC

Figura 3. Diagrama de arquitectura PLC.

Un PLC o autómata programable sistema basado en un microprocesador. Sus partes fundamentales son la Unidad Central de Proceso (CPU), la Memoria y el Sistema de Entradas y Salidas (E/S). La CPU se encarga de todo el control interno y externo del controlador lógico programable con la interpretación de las instrucciones del programa.

34

La estructura básica del PLC está constituida por: Fuente de alimentación: La función de la fuente de alimentación en un

controlador, es suministrar la energía a la CPU y demás tarjetas según la configuración del PLC.

Unidad de procesamiento central (CPU): Es la parte más compleja e

imprescindible del controlador programable, que en otros términos podría considerarse el cerebro del controlador.

Módulos de entrada digitales o analógicos, a los que se conectan pulsadores,

finales de carrera, fotocélulas, detectores, transmisores, entre otros. Módulos de salida digitales o analógicos a los que se conectan bobinas de

contactores, electroválvulas, lámparas, elementos finales de control como válvulas, entre otros.

Los Módulos de memorias son dispositivos destinados a guardar información de manera provisional o permanente Se cuenta con dos tipos de memorias: Volátiles (RAM)

No volátiles (EPROM y EEPROM) La actuación de las salidas está en función de las señales de entrada que estén activadas en cada momento, según el programa almacenado. A diferencia de la lógica cableada, los elementos tradicionales –relés auxiliares, relés de enclavamiento, temporizadores, contadores– son funciones internas del PLC. La tarea del usuario está encaminada a la conexión de los sensores y actuadores al PLC y la implementación de la estrategia de control, para el manejo se requiere conocimientos básicos de informática. El PLC presenta muchas ventajas en relación a la lógica cableada. Esto es debido, principalmente, a la variedad de modelos existentes en el mercado y a las

35

innovaciones técnicas que surgen constantemente (Estas consideraciones nos obligan a referirnos a las ventajas que proporciona un PLC de tipo medio). Gama baja: aplicaciones simples, cantidad de entradas y salidas menores a 50: TSX nano

S7-200 PLC 5 Gama media: aplicaciones de mediana complejidad, cantidad de entradas y salidas menores a 300: TSX micro

S7-300 SLC 500 Gama alta; aplicaciones complejas, cantidad de entradas y salidas menores a 2000: TSX Premium

S7-400 PLC Controllogix 5000 La condición favorable básica que presenta un PLC es el menor tiempo empleado en la elaboración de proyectos debido a que: Un PLC facilita automatizar tareas, ahorrar mano de obra, y los costos finales

del proyecto disminuyen. Existe posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni añadir

aparatos.

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Presenta menor costo de mano de obra de la instalación. Tiene economía de mantenimiento; además de aumentar la fiabilidad del

sistema, al eliminar contactos móviles, los mismos PLC pueden detectar e indicar averías.

Presenta la posibilidad de gobernar varias máquinas con un mismo PLC. Exige menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso, al quedar

reducido el tiempo de cableado. 5.4 INTERFAZ HMI.

Los sistemas Human Machine Interface (HMI), permiten una interacción entre una persona y la máquina con la necesidad de tener un control más preciso y agudo de las variables de producción y de contar con información relevante de los distintos procesos en tiempo real. Actualmente los siguientes tipos de interfaz son conocidos: Interfaz gráfica de usuario (GUI Graphics User Interfaces): que permiten

comunicarse con el ordenador de una forma muy rápida e intuitiva.

Touch interfaces: son interfaces gráficas de usuario mediante una pantalla táctil con una combinación de dispositivos de entrada y salida. Se utiliza en muchos tipos de procesos industriales, máquinas de autoservicio, entre otros.

Cuando se logra interactuar una pantalla HMI con un controlador lógico permite al usuario manipular un sistema y el PLC reproduce las órdenes que el operario haya asignado al proceso.

37

5.5 SERVOMOTORES Los servomotores con su correspondiente driver, son dispositivos de accionamiento para el control de velocidad, torque y posición. Estos reemplazan los accionamientos neumáticos e hidráulicos (salvo en aplicaciones de alto torque) y constituyen la alternativa de mejor desempeño frente a accionamientos mediante convertidores de frecuencia, ya que éstos no proporcionan control de posición y son poco efectivos a bajas velocidades, como frente a soluciones con motores paso a paso, ya que éstos últimos otorgan un control de posición no de tanta precisión y están limitados a aplicaciones de baja potencia. La principal desventaja de los sistemas con servomotores es que son en general más caro que las otras alternativas eléctricas. Un servomotor contiene en su interior un encoder y un amplificador (driver) que en su conjunto forman un circuito realimentado para comandar posición, torque y velocidad como lo muestra la figura 3. En Esquema del servomotor con el driver. Figura 4. Estructura servomotor y driver

38

6. METODOLOGÍA La modernización de los procesos es una actividad esencial para la supervivencia y competitividad de la empresa. Existen diferentes estrategias de mejora del proceso de desarrollo de productos, pero la mayor parte de ellas pasan por potenciar el papel del diseño y la disminución de la duración del ciclo de desarrollo del producto. De esta forma se mejora la flexibilidad de la empresa para adaptarse a las diferentes necesidades. En el diseño y ejecución de proyectos industriales existen metodologías de trabajo, para el “DISEÑO DEL SISTEMA DE MONITOREO Y CONTROL AUTOMÁTICO DE VACÍO, TEMPERATURA Y TENSIÓN EN MÁQUINA DE PAÑALES EN TECNOSUR S.A.” se ha empleado la metodología de DESCENDENTE -TOP DOWN de optimización del diseño, que permite un diseño simultaneo de sistemas mecánicos, eléctricos y de control. El proyecto será abordado en cinco (5) etapas que son las siguientes Etapa de recolección de información y requisitos. Etapa de obtención de datos y especificaciones. Etapa de diseño lógico del sistema de control y supervisión. Etapa de diseño de arquitectura del sistema de control y supervisión. Etapa de selección y prueba del diseño final.

39

7. DESARROLLO DE LA METODOLOGÍA

7.1 ETAPA DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN Y REQUISITOS.

7.1.1 Estructura De La Máquina 8. En la Figura 5 se puedo ilustrar el plano completo de la máquina de la línea 8 con sus respectivas unidades que forman completamente la máquina, en la aplicación No 7 se encuentra la unidad etiquetadora o side panel, la cual presenta los inconvenientes de monitoreo y control de las variables de vacío, temperatura y posición que se requieren en esta parte. Figura 5. Plano completo de la máquina 8

En la unidad No 7 recibe la materia prima de la unidad externa de corte de cinta mecánica y la cinta que proviene de los rebobinadores con una fase que es previamente calibrada cuando se hace el ajuste inicial en el arranque de la máquina por primera vez, para llevar la cinta en este lugar se tiene un sistema de rodillos que ayudan al arrastre del materia prima.

40

7.1.2 Aplicación Del Side Panel Y Formación De Pestañas

Figura 6. Pañal con pestañas aplicadas

En la Figura 6 se observan las pestañas que destina la unidad de corte y aplicación de las pestañas al pañal, su función es sujetar el cierre del pañal cuando se le coloca al usuario, la aplicación de las pestañas se ejecuta en los dos lados del pañal (izquierdo y derecho) y posee una cinta adhesiva para un correcto cierre. La materia prima que se utiliza para el desarrollo de las pestañas es: Side panel

Cinta mecánica

Cinta adhesiva.

41

7.1.3 Estructura Unidad De Pestañas (Side Panel). En la Figura 7 se observa la unidad de corte y aplicación de las pestañas en dibujo 3D, donde se puede ver una mejor percepción de la unidad por partes. Figura 7. Unidad de corte y aplicación de las pestañas en 3D

42

7.1.4 Vacío Y Temperatura De Unidad De Pestañas (Side Panel). A continuación se describe el eje cuchillo (A), en esta unidad es necesario aplicar temperatura fría a las cuchillas para realizar un buen proceso de corte. Figura 8. Ejes de cuchillo en 3d

43

A continuación se describe el contra cuchillo (B), el cual es la parte donde se requiere del vacío para realizar un buen proceso de corte y aplicación de pestañas Figura 9. Eje contra cuchillo 3d

44

7.1.5 Proceso Unidad De Pestañas (Side Panel). En la figura se puede observar la unidad que corta y aplica el side panel formando las pestañas al pañal y se compone de las siguientes partes. Figura 10. Unidad de formación de las pestañas

45

7.1.6 Estructura De Rodillos De Side Panel

Figura 11. Sistema de rodillos de side panel

En la Figura 11 se observa el sistema de tensión de cinta como se encuentra actualmente, la materia prima (cinta) se le ajusta la posición de corte ajustando manualmente el tornillo sin fin que sube o baja el rodillo que tensiona la cinta. El sistema lleva a cinta a la unidad de corte anatómico el cual se observa siguiente figura. Figura 12. Corte anatómico de side panel

La unidad de corte anatómico requiere que la cinta llegue con una fase establecida, si se mueve la fase o posición, el corte no se efectúa de manera adecuada y el pañal sale defectuoso.

46

7.1.7 Estadísticas De Paradas Y Tiempos Perdidos. En el Cuadro 2 y Figura 13 se muestra las estadistas de cantidad de paradas de la máquina 8 del año 2013, donde se concluye que la unidad donde se presentan mayores paradas es el grupo de unidades de side panel. Cuadro 2. Cantidad de paradas por unidad en máquina 8.

Figura 13. Cantidad de paradas por unidad en máquina 8.

En el Cuadro 3 y Figura 14 se muestra las estadistas en tiempos perdidos de la máquina 8 del año 2013, donde se observa que el grupo de aplicación del side panel es el segundo de mayor tiempo perdido, superado por los tiempos de cambio de referencia que son inevitables su perdidas y no es ocasionado por circunstancias de fallas técnicas.

0

100

200

300

400

500

DICIEMBRE ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTOSEPTIEMBREOCTUBRENOVIEMBREDICIEMBRE

No.

PAR

AD

AS

TP ARRANQUE MQ 8

SIDE PANEL

AGRUPADOR

CINTA MECANICA

CAMBIOREFERENCIAUNIDAD DE POLY

47

Cuadro 3. Tiempos perdidos por unidad en máquina 8.

Figura 14. Tiempos perdidos por unidad en máquina 8.

A continuación se presentan las estadísticas totales de planta donde se observa que las pérdidas de la unidad del side panel no solo se ve reflejado en los resultados de la máquina 8, sino en toda la planta de producción.

0,010,020,030,040,050,060,070,080,090,0

DICIEMBRE ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTOSEPTIEMBREOCTUBRENOVIEMBREDICIEMBRE

TIEM

PO H

OR

AS CAMBIOREFERENCIASIDE PANEL

AGRUPADOR

UNIDAD DEPOLYCINTAMECANICA

48

Cuadro 4. Tiempos perdidos por unidad en planta.

Figura 15. Tiempos perdidos por unidad en planta.

7.1.8 Requerimientos Para Sistema De Control Y Supervisión.

El sistema debe permitir al operario controlar y monitorear la variable de vacío

en la unidad de side panel, desde la interfaz HMI del panel View de la máquina. El sistema debe permitir al operario controlar y monitorear la variable de

temperatura en la unidad de side panel, desde la interfaz HMI del panel View de la máquina.

El sistema debe permitir al operario controlar y monitorear la tensión mecánica

de la cinta en la unidad de side panel para ajustar la posición del corte, desde la interfaz HMI del panel View de la máquina.

Diseñar un interfaz, empleando la pantalla HMI de la máquina con un sistema

que sea entendible para el operario y que permita supervisar las variables involucradas en la unidad side panel.

0,020,040,060,080,0

100,0120,0140,0160,0180,0

DICIEMBREENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTOSEPTIEMBREOCTUBRENOVIEMBREDICIEMBRETIEM

PO H

OR

AS

CAMBIOREFERENCIASIDE PANEL

AGRUPADOR

UNIDAD DEPOLY

49

El sistema debe ejecutar alarmas de precaución que se muestren en la pantalla

HMI y también en el display que tiene la máquina. Además de proponer el sistema automático se debe tener la posibilidad que el

sistema pueda ser manipulado manualmente, como esta en la actualidad.

7.2 ETAPA DE ESPECIFICACIONES DE SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y CONTROL.

7.2.1 Sistema De Vacío. En la figura 16 se observa el sistema actual sin control de vacío que alimenta la unidad de side panel, el cual se compone de un tubo principal por el cual fluye el vacío que proviene de la bomba encargada para esta unidad. Figura 16. P&DI sistema de vacío sin control.

En el siguiente esquema se ve reflejado la adiccion de equipos de control para el sistema de vacio con el fin de realizar la estretegia de control para este sistema, los equipos que se utilizan son vacuometros con salida de corriente 4 a 20mA y una valvula con posionador electronico de 4 a 20 mA.

50

Figura 17. P&DI sistema de vacío con control.

La estrategia de control planteada para el desarrollo del sistema es un controlador PID donde obtiene una señal de proceso, una consigna o setpoint y una acción que se aplica al equipo de control. Figura 18. PID sistema de vacío.

La variable de proceso (PV, del inglés Process Value) es el vacío medido en la unidad de side panel, la señal de consigna (SP, del inglés Set Point) es el valor de

Señales 4 a 20 mA

Vacío

51

vacío que nosotros queremos que tenga la unidad y la salida de control (CV, del inglés Control Value) es la acción de control que va a producir la apertura o cierre de la válvula a para que entre más o menos vacío y de esa manera tener un valor de la variable nosotros queramos. La acción de control intentará que la diferencia entre la consigna SP y el valor de proceso PV se mínima e incluso nula; para ello se dispone de lo que se llama un bloque PID que en función de unos parámetros de ajuste internos variará la salida CV de manera que así sea. Los bloques PID o bloques de regulación están hoy en día implementados en todos los autómatas y sistemas de supervisión. La falta de pestañas en los pañales es originada por las variaciones del vacío en la unidad de corte, se propone implementar una estrategia de control la cual permita mantener el valor del vacío adecuado para que ejecute un buen corte. Además se implementa una interfaz gráfica mediante la cual el operario tendrá un control y supervisión de vacío en la unidad de corte de pestañas que está involucrada en el proceso. En sistema consiste en diseñar una estrategia de control y una interfaz HMI para que el operario puede tener control automático del proceso en aplicación y corte de side panel para la formación de pestañas del pañal, en el desarrollo de sistema se propone usar el dispositivo lógico de control (PLC) de la máquina de la línea 8 de Tecnosur, además de las pantallas HMI que encuentran en comunicación con el PLC. Requerimientos: PLC Allen Bradley Controllogix 5000.

Panel View Allen Bradley 1400

Módulo de entradas Analógicas Módulo de salidas Analógicas. Válvula proporcional 4 a 20 mA Sensor de vacío con salidas 4 a 20 mA

52

7.2.1.1 Diagrama De Bloques De Sistema De Vacío.

7.2.2 Sistema De Temperatura. En el Esquema No 3 se observa el sistema actual sin control de fluido refrigerante que alimenta las cuchillas, el cual se compone de un tubo principal por el cual fluye el glicol frio que proviene del chiller, también se encuentra el tubo de retorno por el cual el líquido regresa al chiller después de haber refrigerado las unidades de corte, cada tubo tiene derivaciones donde se distribuye el líquido, a cada unidad se conectan dos derivaciones por donde se alimenta con el líquido frio y tiene un tubo de retorno el cual se une con derivaciones de las demás unidades en tubo principal de retorno hacia al chiller , para comenzar de nuevo el ciclo de refrigeración. Figura 19. P&DI sistema de temperatura sin control.

53

La estrategia de control propuesta se indica en el siguiente Esquema, donde el sistema se le agrega equipos de control como un sensor de temperatura, transmisor de temperatura a corriente y una válvula con posicionar electrónico de 4 a 20 mA.

Figura 20. P&DI sistema de temperatura con control.

Como en el caso anterior en el desarrollo del sistema se implementa un controlador PID donde obtiene una señal de proceso, una consigna o setpoint y una acción que se aplica al equipo de control. Figura 21. PID sistema de temperatura

La variable de proceso es la temperatura medida en la unidad de side panel, la señal de setpoint el valor de temperatura que ingresamos en la interfaz HMI y la salida

Señales 4 a 20 mA Glycol

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de control es la acción de control que va a producir la apertura o cierre de la válvula a que fluya más o menos glicol y de esa manera tener un valor de la variable que se establezca en el proceso. Los defectos de corte en los pañales son originados por las variaciones de temperatura en la unidad de corte, se propone implementar una estrategia de control la cual permita mantener el valor de temperatura adecuado para que ejecute un buen corte. Además se implementa una interfaz gráfica mediante la cual el operario tendrá un control y supervisión de la temperatura de cuchilla la unidad de pestañas. En sistema consiste en diseñar una estrategia de control y una interfaz HMI para que el operario puede tener control automático del proceso de la variable de temperatura, para el desarrollo de sistema se propone usar el dispositivo lógico de control (PLC) de la máquina donde se encuentra la unidad de cuchillo, además de las pantallas HMI que encuentran en comunicación con el PLC. Requerimientos: PLC Allen Bradley Controllogix 5000.

Panel View Allen Bradley 1400

Módulo de entradas analógicas

Módulo de salidas Analógicas.

Válvula proporcional 4 a 20 mA

Sensor de temperatura 4 a 20 mA

55

7.2.2.1 Diagrama De Bloques De Sistema De Temperatura.

7.2.3 Sistema de tensión.

Figura 22. Sistema de rodillo con mejora

En la Figura 22 se presenta la propuesta de mejora, la cual consiste en remplazar la acción manual del tornillo de ajuste, por una acción automática empleando un servomotor que servirá de posicionador de la cinta, cada servo ira unido a un tornillo sin fin que mueve el rodillo y logra mover los rodillos para aplicar una tensión o distensión a la cinta, variando la posición de la materia prima de forma lineal.

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Cuando el rodillo se mueve hacia arriba se hace un ajuste del corte anatómico hacia lado derecho y cuando el movimiento del rodillo es hacia abajo el corte se ajusta hacia la izquierda, en la siguiente figura podemos observar como sube o baja el rodillo. Figura 23. Sistema de rodillo automático.

La medición del corte es realizado por un sensor fotoeléctrico donde su función es enviarle señales al controlador indicando la posición del corte, En la Figura 24 se puede ver que el sensor se debe activar cada vez que detecta el corte. Figura 24. Medición de posición de corte.

Para identificar la correcta posición del corte de la cinta se debe sensar en el lugar y momento adecuado, es por eso que debe tener en cuenta el inicio y el fin del side panel, para ello se toma la señal de una leva electrónica que es programada en los parámetros iniciales de la máquina, en la comparación de la señal de la leva y la señal de los sensores se puede establecer si hay un desfase de 2,3 o 4 mm a lado derecho o izquierdo, o si definitivamente hay ausencia de cinta.

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Figura 25. Proceso de control de la cinta.

El requerimiento de solucionar el problema de pañales con defectos por corte inadecuado por causa de una mala posición de la cinta de side panel, ha obligado a platear una solución que garantice la reducción de los inconvenientes en el producto. La alternativa que se plantea es la realización de un sistema SCADA con lo cual se tendrá un control y supervisión de la posición de la cinta para un adecuado corte. El sistema consiste en diseñar una estrategia de control y una interfaz HMI para que el operario puede tener control automático de la posición del corte anatómico, para el desarrollo de sistema se propone usar el dispositivo lógico de control (PLC) de la máquina donde se encuentra la unidad corte de cinta mecánica, además de las pantallas HMI que encuentran en comunicación con el PLC, además se utilizara un programador de levas electrónicas que se tiene en la máquina que sirve para medir posiciones del pañal. Requerimientos. PLC Allen Bradley Controllogix 5000.

Panel View Allen Bradley 1400

Entradas digitales

Salidas digitales

58

Entradas y salidas rápidas.

Sensor fotoeléctrico

Sensor ópticos finales de carrera.

Programador de levas electrónicas

7.2.3.1 Diagrama De Bloques De Sistema De Tensión.

7.2.4 Interfaz HMI de sistema de control y supervisión. El sistema de supervisión y control cuenta con la interfaz donde permite al usuario manipular y observar el comportamiento de las variables, el sistema cuenta con diferentes pantallas para cada variable, pero tiene una pantalla principal que se observa en la Figura 26 donde está el direccionamiento a la interfaz de cada control.

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Figura 26. Menú de opción de la interfaz HMI

La comunicación de la Panel View y el PLC se hará por una tarjeta de comunicaciones Ethernet. Las direcciones IP asignadas al PLC y al panel View son las siguientes: PLC: 192.168.0.2

Panel View: 192.168.0.4 Figura 27. Conexión Ethernet Panel View y PLC.

60

7.3 ETAPA DE DISEÑO DEL SISTEMA CONTROL Y SUPERVISIÓN.

7.3.1 Diseño Del Sistema Control De Vacío. El sistema de control de vacío se diseñó para la unidad de side panel, donde se presentan los problemas de regulación de presión negativa, la variable permite que la materia prima permanezca adherida a la unidad de aplicación de pestañas. 7.3.1.1 Componentes Sistema De Control De Vacío. El sistema de control está compuesto por el controlador PLC Controllogix 5000 de Allen Bradley, una tarjeta de entradas análogas y una tarjeta de salidas análogas y la PANEL VIEW 1400 de Allen Bradley, donde serán cableadas los equipos de instrumentación de la unidad de side panel. Figura 28. Sistema de control de vacío 7.3.1.2 Interfaz Sistema De Control De Vacío. La opción VACÍO SIDE de la pantalla principal permite direccionarse al control de las válvulas de vacío alto y bajo de la unidad de side panel o formación de pestañas desde la panel View 1400 AB de la máquina de línea 8. Figura 29. Opción VACÍO SIDE

CONTROLLOGIX

5000

1756-OB32

Modulo

1756-IB32

Modulo

PANEL VIEW 1400

1756-HSC

Módulos

Tarjeta de

comunicaciones

Ethernet

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En la Interfaz del control de las VÁLVULAs de side panel se puede observar que el modo AUTOMATICO esta desabilitado , la interfaz tambien esta desabilitada y el operario solo puede manipular el vacio con la VÁLVULA manual que se encuentra en la unidad. Figura 30. Modo AUTOMATICO off

AUTOMÁTICO. El operario habilito el sistema en modo AUTOMATICO desde la panel y la interfaz controla las VÁLVULAs que dan paso al vacio en la unidad de corte pestañas o side panel. Figura 31. Modo AUTOMATICO on

En las pantallas se observa los valores de SETPOINT que puede establecer el vacío y los valores en los que se encuentra la unidad, estos valores son tomados de los sensores de vacío ubicados en la máquina.

62

OPCIONES DE TIPO DE PAÑAL Para escoger TIPO DE PAÑAL se tiene 2 opciones TIPO GOLD y TIPO SEC , como cada tipo pañal se fabrica con diferentes valores de vacio , GOLD ALTO=9 kP , GOLD BAJO=5 kP , SEC ALTO= 6 kP y SEC BAJO= 2 kP , la interfaz permite escoger cualquiera de dos tipos, ademas la interfaz permite escoger cualquier SET POINT de vacio con un rango de 0-100kp (tener en cuenta el suministro de la bomba de vacio). La opcion GOLD hace que SET POINT se establezca en GOLD ALTO=9 kP , GOLD BAJO=5 kP, si el valor actual esta por debajo del SET POINT la VÁLVULA de control hace apertura indicando en la interfaz. Figura 32. Pulsador tipo GOLD

La opcion SEC hace que SET POINT se establezca en SEC ALTO= 6 kP y SEC BAJO= 2 kP, si el valor actual esta por encima del SET POINT la VÁLVULA de control cierra indicando en la interfaz. Figura 33. Pulsador vacio de tipo SEC

63

La interfaz permite establecer cualquier valor de vacío en un rango de 1 a 10 kp, debido al suministro máximo de la bomba de vacío. Figura 34. SET POINT vacio

En la pantalla se encuentran dos pulsadores para cambiar el valor de los parámetros de PID utilizados en el control, dándole al operario encargado la posibilidad de ajustar el PID con los parámetros que se desee. Figura 35. Ajuste parametros pid

64

7.3.1.3 Programación Control De Vacío. Para desarrollar del programa del PLC se diseñó la subrutina “VACIOBAJO” y “VACIOALTO” encargada de controlar las válvulas de que dan paso al vacío en la unidad de corte de pestañas o side panel. Diagrama de flujo subrutina control de válvulas Figura 36. Diagrama de flujo sistema de vacío

A continuación se presentan el cuadro de entradas y salidas del sistema de control de las válvulas que permiten el paso de vacío.

65

Cuadro de entradas y salidas (TAGS). Cuadro 5. Tags entradas y salidas control vacío.

TAGS (ALIAS) TIPO DE DATO

COMENTARIO

STAR Bool Pulsador de HMI/modo automático STOP Bool Pulsador de HMI/modo Manual Canal_0_in Real Valor de entrada de 1756_IF8 de vacío alto Valor_vacio_HMI Real Valor ingresado de la HMI de vacío alto CV Real Valor actual en la HMI de vacío alto Canal_0_out Real Valor salida hacia 1756_OF8C de vacío bajo Canal_1_in Real Valor de entrada de 1756_IF8 de vacío bajo Valor_vacio1_HMI Real Valor ingresado de la HMI de vacío bajo CV1 Real Valor actual en la HMI de vacío bajo Canal_1_out Real Valor salida hacia 1756_OF8C de vacío bajo ALARMA1 Dint Comando de alarma vacío alto para display ALARMA2 Dint Comando de alarma vacío bajo para display

Los tags indicados en el cuadro son alias de las entradas y salidas de los módulos 1756-IF8, 1756-OF6CI, 1756-OB32, 1756-IB32, que son los que posibilitan el tratamiento de las señales analógicas y digitales hacia el PLC.

Programa En PLC De Sistema De Vacío En el rung 0 se genera una linea de on/off para que el sistema trabaje en automatico o manual, si AUTO_1 se activa, corre el rung 0 y el sistema esta en modo automatico, si se aciva el MAN_1 la linea se desactiva y el sistema se pone en modo manual, desactivando la interfaz y subrutinas para el control del vacio logrando que las acciones que se ejecuten en ella no tengan efecto.

En el main en el rung 1 y 2 hace un salto a la subrutina VACIOALTO Y VACIOBAJO , la cuales permiten el control de la VÁLVULAs de la unidad de vacio del side panel.

66

En rung 0 se encuetra el controlador PID el cual tiene tres variables importantes PV(variable de proceso), CV(variable controlada) y PID.SP (setpoint), PV es el valor escalizado que entrega el sensor de vacio, PID.SP es el valor de referencia el cual es una entrada de la pantalla HMI y CV es Señal del controlador la cual ira al actuador , en este caso a la VÁLVULA de control.

En la configuracion del controlador PID se establecen los valores de la ganancia proporcional(kP) , ganancia integral (ki) ,ganancia derivativa(Kd), como muestra la Figura 37. los cuales puden ser esteblacedos de acuerdo a las respuesta deseada que quiera el usuario, un herramienta util que tiene esta instrucción es el Autotune que permite sintonizar los parametros del PID para tener un respuesta adecuada. Para la calcular los parametros del PID se usa un metodo de sintonizacion conocido como Método de Ziegler y Nichols, el cual es se basa en la curva de reaccion al proceso. 𝐾𝐶 = 0,6 𝐾𝑈 𝑎 1𝐾𝑈 𝑇𝑖 = 0,5 𝑇𝑈 𝑇𝑑 = 0,125 𝑇𝑈 La ganacia de 𝐾𝑈 (ganancia ultima) y el periodo 𝑇𝑈 (periodo ultimo) de oscialacion se determina apartir de un proceso interativo que consta de un controloador proporcial al cual se le varia la paulatinamente la ganacia hasta que el sistema entre en oscilancion sostenida ante un cambio de escalon en el valor deseado

𝐾𝑃 = 𝐾𝑐

𝐾𝑖 =𝐾𝑐

𝑇𝑖

𝐾𝑑 = 𝐾𝑐𝑇𝑑

67

Figura 37. Configuración de parámetros PID

En los rungs 1 y 2 se hace una comparacion del valor del setpoint y el valor medido para geenrar alarmas en caso de que no se establesca el setpoint requerido .

En los rungs 3 y 4 se le asigna un valor a la variable del valor_vacio_HMI la cual representa el setpoint , este valor depende de dos entradas que se encuentran en la interfaz de la pantalla HMI, cada pulsador asigna un valor de vacio requerido para cada tipo de pañal. El contacto S representa el tipo pañal SEC que tiene un valor de vacio establecido de 6 Kp según estandares de produccion y el contacto G representa el tipo de pañal gold el cual establece 9 Kp.

68

Escalizado De Módulos De Entrada Y Salida Analógica. Los módulos controllogix de Allen Bradley permiten escalizar las entradas y salidas desde la configuración en el software rslogix 5000. Figura 38. Configuración de módulos Controllogix

En la interfaz permite convertir la señal de entrada o salida analógica en un valor un de porcentaje de 0 a 100% por ejemplo en el caso de este proyecto se tiene una señal de entrada 4 a 20mA y se convierte en porcentajes 4 mA(0 %) y 20 mA. Alarmas Sistema De Vacio Deside Panel Las alarmas que genera el sistema de control y supervision son visualizadas en un display de la marca siebert que se encuentra en la parte trasera de la máquina y es un punto de referencia del operario cuando se presetan fallas en cualquier unidad. Las pantallas siebert son controlados por el plc, el cual le manda un comando (codigo binario) que ocasióna la visalizacion del menseja solicitado según el comando, para el sistema de control de vacio se tendran configurados dos alarmas, que indican cuando se presentan fallas en el vacio alto y en el vacio bajo. Para conocer los valores estándares de vacío y lograr establecer las alarmas se realizaron consultas a las personas encargadas en el proceso como operarios, coordinadores y supervisores de calidad, logrando información que permitió conocer la siguiente información:

69

Valor estándar vacío alto pañal tipo SEC: 6 Kp

Valor estándar vacío alto tipo GOLD: 9 Kp

Valor estándar vacío bajo pañal tipo SEC: 2 Kp

Valor estándar vacío bajo tipo GOLD: 5 Kp Además se concluyó que el sistema presenta fallas cuando los niveles de vacío están por debajo y por arriba de 5 unidades de Kp Cuadro No 6. Alarmas sistema de vacío.

ALARMA FUNCIÓN FALLA VACÍO ALTO LO SIDE PANEL

Indica que el vacío está por encima 5 unidades del valor estándar

FALLA VACÍO BAJO LO SIDE PANEL

Indica que el vacío está por debajo 5 unidades del valor estándar

7.3.2 Diseño Del Sistema Control Temperatura. El sistema de control de temperatura se diseñó para la unidad de side panel, donde se presentan problemas de corte debido a que la válvula que da paso al líquido refrigerante no se encuentra en la posición adecuada de acuerdo al valor de temperatura que se requiere por el operario, la variable permite colocar a una enfriar las cuchillas para lograr un corte adecuado del side panel.

7.3.2.1 Componentes Sistema De Control De Temperatura. El sistema de control de temperatura está compuesto por el controlador PLC Controllogix 5000 de Allen Bradley, una tarjeta de entradas análogas y una tarjeta de salidas análogas, módulo de entradas digitales, módulo de salidas digitales y la PANEL VIEW 1400 de Allen Bradley, donde serán cableadas los equipos de instrumentación de la unidad de side panel.

70

Figura 39. Sistema de control de temperatura

7.3.2.2 Interfaz Sistema De Control De Temperatura. La opción TEMPERATURA de la pantalla principal permite direccionarse al control de la válvula que da paso al refrigerante de la unidad de side panel desde la panel View 1400 AB de la máquina de línea 8. Figura 40. Opción TEMPERATURA

En la grafica No 41 se puede observa la temperatura actual del chiller, para que el operario pueda hacer control en la unidad de side panel el chiller debe de estar entre -2°c y -6 °c, actualmente el chiller tiene comunicación con el PLC para solo monitiorear la temperatura inicial del glycol.

PANEL VIEW 1400

CONTROLLOGIX

5000 1756-IF8

Modulo

1756-OF6CI

Modulo

1756-OB32 y

1756-IB32

Módulos

71

Figura 41. Grafica temperatura del chiller

La interfaz tiene un boton llamado TEMPERATURA SIDE y que dirreciona a otra interfaz donde se grafica la temperatura del side panel.

Figura 42. Botón temperatura de unidad de side panel

La grafica No 43 muestra la respuesta de la temperatura de side panel, además permite ingresar el setpoint de temperatura del side panel en una rango de 0 a 10 °C.

72

Figura 43. Grafica temperatura unidad de side panel

La interfaz pemite ingresar valores de set point de 0 a 10 °C que son los valores de trabajo minimo y maximo que puede trabajar la unidad en optimas condiciones. Figura 44. Ingreso de valores

En la interfaz se encuentran un pulsador para cambiar el valor de los parámetros de PID utilizados en el control, dándole al operario encargado la posibilidad de ajustar el PID con los parámetros que se desee.

73

Figura 45. Ajuste PID de control de temperatura

7.3.2.3 Programación Control De Temperatura. Para desarrollar del programa del PLC se diseñó la subrutina “TEMPERATURASIDE” encargada de controlar las válvulas de que dan paso al líquido refrigerante en la unidad de corte de pestañas o side panel.

74

Diagrama de flujo subrutina control de temperatura Figura 46. Diagrama de flujo sistema de temperatura

A continuación se presentan el Cuadro de entradas y salidas del sistema de control de las válvulas que permiten el paso de vacío. Cuadro de entradas y salidas (TAGS). Cuadro 7. Tags entradas y salidas control temperatura.

TAGS TIPO DE

DATO

COMENTARIO

Canal_2_in Real Valor de entrada de 1756_IF8

Valor_tem_HMI Real Valor ingresado de la HMI

CV Real Valor actual en la HMI

Canal_2_out Real Valor salida hacia 1756_OF8C

Los tags indicados en el Cuadro son alias de las entradas y salidas de los módulos 1756-IF8, 1756-OF6CI, 1756-OB32, 1756-IB32, que son los mismos del sistema de vacío, por ende el tratamiento y escalizacion de las señales son iguales.

75

Programa En PLC De Sistema De Temperatura En el main en el rung 2 hace un salto a la subrutina TEMPERATURA , la cuales permiten el control de la VÁLVULA que da paso al liquido refrigerante hacia la cuchillas del side panel.

La Subrutina TEMPERATURA SIDE permite el control proporcional de la VÁLVULA del liquido refrigerante. En el rung 0 se tiene dos condiciones para que el sistema se pueda controlar, que consisten en que el fluido del chiller este en un rango entre -2 °C y -6 °C , si chiller no trabaja a la temperatura expuesta el sistema presenta inconvenientes en la estabilizacion de la temperatura. El rung 0 se ejecuta la estrategia de control PID donde se visualiza la variable del proceso (PV2) y la variable controlada (CV2).

En los rungs 1 y 2 se establece instrucciones de comparación entre valor del máximo y mínimo permitido de temperatura con el valor medido, estas condiciones van a permitir generar alarmas en display de máquina.

76

Escalizado De Módulos De Entrada Y Salida Analógica. La escalizacion es igual al caso anterior para los módulos de entrada y salida, la diferencia es que se configura en canales diferentes al anterior control. Alarmas Sistema De Temperatura De Side Panel Se crearon tres (3) alarmas las cuales indican cuando la temperatura esta por encima o por debajo de 3 °c recpecto a valor del setpoint y una ultima alama que indica la temperatura esta por fuera de rango de operación que es de 0 a 10 °c y puede causar el paro de emergencia de la máquina. Cuadro No 8. Alarmas sistema de temperatura.

ALARMA FUNCIÓN FALLA TEMPERATURA ALTA SIDE PANEL

Indica que la temperatura está por encima 3 unidades del valor del set poin.t

FALLA TEMPERATURA BAJA SIDE PANEL

Indica que la temperatura está por debajo 3 unidades del valor del set point.

FALLA TEMPERATURA FUERA DE RANGO SIDE PANEL

Indica que la temperatura esta por fuera del rango de trabajo estandarizado.

7.3.3 Diseño del sistema de control tensión. El sistema de control de tensión se diseñó para la unidad de side panel, donde se presentan los problemas de desfase de corte anatómico, el sistema actual cuenta con rodillo manual que se mueven cada vez que se va cambiar el lugar del corte. El cambio de posición se hace a partir de rodillos que mueven hacia arriba o hacia de acuerdo si el corte se debe corregir hacia la izquierdo o hacia la derecha, la acción de mover los rodillos hace que se presente una tensión o distención de la cinta para mover su posición.

77

La tensión se aplicara cuando se desear corregir la posición y se hará automáticamente por medio de servomotores controlados por pulsos desde el PLC, aunque inicialmente la acción que se realizara es aplicar una tensión durante un tiempo de acuerdo las milímetros que se desea mover la cinta. La interfaz del sistema control lograra que pueda corregir manualmente la posición a 2, 3 y 4 mm hacia la izquierda o derecha, además si se desea corregir automáticamente el sistema también tendrá la posibilidad de ejecutarlo. Para el desarrollo del sistema se utilizaron principalmente equipos para medir posición ya que el resultado final del sistema es permitir solucionar los problemas de desfases en corte anatómico, además de integrarlo con la pantalla HMI de la maquina en una interfaz SCADA. 7.3.3.1 Componentes sistema de control tensión. El sistema de control de posición está compuesto por el controlador PLC Controllogix 5000 de Allen Bradley, módulo de entradas digitales, programador de levas, módulo de salidas digitales y la PANEL VIEW 1400 de Allen Bradley, donde serán cableadas los equipos de instrumentación de la unidad de side panel.

7.3.3.2 Interfaz Sistema De Control De Tensión. La opción FASE CINTA de la pantalla principal permite direccionarse al control de posición de la cinta en la unidad de side panel desde la panel View 1400 AB de la máquina de línea 8. Figura 47. Opción FASE CINTA

78

La interfaz para controlar la fase tiene modo automatico y manual, pero antes de poder efectuar un control de cualquiera de los dos modos se requiere calibrar el sistema, la calibracion se trata de colocar la posición en la mitad del recorrido del tornillo sin fin , el moviento va sujeto a la accion de los servomotores utilizados en el sistema y utilizando tres (3) finales de carrera , limite arriba, limite abajo y un ultimo en la mitad del recorrido. Los led indicados en la figura 48 permite establecer si el sistema esta calibrado, cuando los led están de color rojo el sistema NO esta calibrado y el sistema no podrá ser controlado. Figura 48. Sistema no calibrado

Para calibrar el sistema mediante la interfaz el usuario deberá tener presionado por 4 segundos el pulsador verde “Pos Inicial”, esto ejecutara la acción de calibración del sistema, ubicando la tornillo sin fin en la mitad y sistema tendrá un desfase de 0 mm. Si el sistema ha sido calibrado los led de indicación de calibración cambiaran a color verde y el usuario podrá darse cuenta que la interfaz ha quedado habilitada para ser control de posición de la cinta de la unidad de side panel, En la siguiente figura podrá verse el sistema calibrado y el control esta en modo manual.

79

Figura 49. Sistema calibrado

Cuando la interfaz esta en modo manual están habilitados tres pulsadores de color amarillo, naranja, rojo, cada uno establece un desfase en milímetros, 2 mm, 3mm, 4mm , son los valores que se podrían desfasar desde la interfaz, al escoger cualquiera de estos pulsadores , su valor se indicara en el recuadro que se encuentra al lado derecho de estos pulsadores, aunque se escoja cualquiera de los tres valores el sistema no ejecutara la acción de desfase hasta pulsar otro botón indicado en la figura 50 y figura 51. Figura 50. Mover 2 mm

80

Para mover la posición del sistema, se debe escoger el valor que se quiere mover y se debe escoger su dirección, para ello la interfaz cuenta con dos pulsadores y dos indicadores en la parte superior y que muestran hacia donde se corrió la cinta, en la figura 51 se observa el ejemplo de 2 mm a la derecha, ya que la “posición actual LO” y “posición actual LT” indica un corrimiento de 2 mm positivos. Figura 51. Fase 2 mm al lado derecho

En la Figura 52 se observa otro ejemplo de 2 mm a la izquierda, ya que la “posición actual LO” y “posición actual LT” indica un corrimiento de 2 mm negativos. Figura 52. Fase 2 mm al lado izquierdo

El pulsador “SENSORES Y LEVA” permite ver la gráfica de la posición de la señal de los sensores y la leva electrónica utilizados en el proceso de la unidad del side

81

panel, la leva electrónica se utiliza para indicar cuando el pañal está siendo procesado por la unidad de side panel y los sensores de lado operador y transmisión que son los que indican la posición del corte anatómico. La interfaz también indica la cantidad de pulsos que se le envía al servo para que realice la acción solicitada, esta valor sirve para visualizar el valor de acuerdo a los centímetros que se quiere mover la cinta, en un futuro cuando se presenten un cambio de servo se puede ajustar los valores tomando de referencia los que presentan la interfaz. Figura 53. Señal de sensores y leva

7.3.3.3 Programación Control De Tensión. Para desarrollar del programa del PLC se diseñó las subrutinas “CONTROL_POS_LO”, “CONTROL_POS_LT”, “CALIBRACION_SERVOS” Y ”MAPEO” encargada de controlar los rodillos que sostiene la cinta de side panel en la unidad de corte anatómico.

82

Diagrama de flujo subrutinas “CONTROL_POS_LO” y “CONTROL_POS_LT” modo manual

Figura 54. Diagrama de flujo modo manual

INICIO

CALIBRACION AUTOMATICA

MODO MANUAL

MOVER 2 mm MOVER 3 mmPOSICION

INICIALMODO

AUTOMATICOMOVER 4 mmNO NO NO

SI SI SI

SI

IZQUIERDA DERECHA

NONO NO NO NO

NO IZQUIERDA DERECHANO IZQUIERDA DERECHANO

SI

BAJAR RODILLO

8 PULSOS

SUBIR RODILLO 8

PULSOS

SI

BAJAR RODILLO

13 PULSOS

SUBIR RODILLO 13

PULSOS

SI SI

BAJAR RODILLO

18 PULSOS

SUBIR RODILLO

18 PULSOS

SI SI

SUBIR RODILLO

2048 PULSOS

FINAL DE CARRERA MEDIO

ACTIVADO

FINAL DE CARRERA ARRIBA

ACTIVADO

SI

NOSI

BAJAR RODILLO

2048 PULSOS

SI

FINAL DE CARRERA MEDIO

ACTIVADO

SI

NO

EL SISTEMA ESTA POSICION

INICIAL

SI

NO

PROGRAMA PLC AUTOMATICO

MODO MANUAL

SI

NO

NO

83

Diagrama de flujo subrutinas “CONTROL_POS_LO” y “CONTROL_POS_LT” modo automatico.

Figura 55. Diagrama de flujo modo automático

PROGRAMA PLC AUTOMATICO

MODO AUTOMÁTICO

CALCULO ANCHO DE LEVA CALCULO ANCHO DE SENSOR CALCULO EN PORCENTAJE POR CADA 200 PAÑALES EN RELACIÓN

A LA POSICIÓN DE ANCHO DE SENSOR VS ANCHO DE LEVA

LIM 2mm INF IZQ<PROM<LIM 2mm SUP IZQ

LIM 3mm INF IZQ<PROM<LIM 3mm SUP IZQ

LIM 4mm INF IZQ<PROM

LIM 2mm INF IZQ<PROM<LIM

2mm INF DER

LIM 2mm INF DER<PROM<LIM 2mm SUP DER

LIM 3mm INF DER<PROM<LIM 3mm SUP DER

LIM 4mm INF DER<PROM

SI

MOVER 8 PULSO SERVO A

LA DERECHA

MOVER 13 PULSO SERVO A

LA DERECHA

MOVER 18 PULSO SERVO A

LA DERECHA

SI SI

MOVER 8 PULSO SERVO A LA IZQUIERDA

MOVER 13 PULSO SERVO A LA IZQUIERDA

MOVER 18 PULSO SERVO A LA IZQUIERDA

SI

SI

SI

SI

NONO

NONO

NO NO

VELOCIDAD DE MAQUINA > 250

SI

NO

84

A continuación se presentan el Cuadro de entradas y salidas del sistema de posición de cinta side panel. Cuadro 9. Tags entradas y salidas control posición.

TAGS TIPO DE

DATO

COMENTARIO

MODO_AUTO_MNL BOOL Pulsador de HMI/modo automático o manual

Sensor leva BOOL Señal de leva electrónica Sensor LO BOOL Señal de sensor lado operador Sensor LT BOOL Señal de sensor lado transmisor POSICIÓN_INIC_SERVO

BOOL Pulsador de HMI/calibración posición inicial de cinta en modo manual en servos

MOVER_2mm BOOL Pulsador de HMI/mover side panel 2mm MOVER_3mm BOOL Pulsador de HMI/ mover side panel 3mm MOVER_4mm BOOL Pulsador de HMI/ mover side panel 4mm girar_servo1_derecha SINT Salida/ Girar derecha servo 1 lado operador girar_servo1_izquierda SINT Salida/ Girar izquierda servo 1 lado

operador girar_servo2_derecha SINT Salida/ Girar derecha servo 1 lado

transmisión girar_servo2_izquierda SINT Salida/ Girar izquierda servo 1 lado

transmisión FIN_CARRERA_ARRIBA_SD1

BOOL Final de carrera arriba /servo 1 LO

FIN_CARRERA_ABAJO_SD1

BOOL Final de carrera abajo /servo 1 LO

FIN_CARRERA_MEDIO_SD1

BOOL Final de carrera medio /servo 1 LO

FIN_CARRERA_ARRIBA_SD2

BOOL Final de carrera arriba /servo 2 LT

FIN_CARRERA_ABAJO_SD2

BOOL Final de carrera abajo /servo 2 LT

FIN_CARRERA_MEDIO_SD2

BOOL Final de carrera medio /servo 2 LT

Los tags indicados en el Cuadro son alias de las entradas y salidas de los módulos 1756-OB32, 1756-IB32.

85

Programa En PLC Sistema De Posición En el main en el rung 3,4,5,6 se hace un salto a las subrutinas, la cuales permiten el control de los servomotores que mueven los rodillos que sostiene la cinta del side panel.

En la subrutina mapeo se habilitan los servos y se crean banderas de los pulsadores de modo manual / automático y de los finales de carrera.

86

En la subrutina Calibración servos se ejecuta la acción de posicionar los rodillos en la mitad del tornillo sin fin, para esto se utiliza los finales de carrera que sirven para enviar las señales de la posición del rodillo hasta se logre ubicar en el final de carrera medio, en el siguiente ladder se observa la calibración de servo 1, para la calibración del servo 2, el ladder es completamente el mismo pero con diferentes tags.

87

Las subrutinas de control de posición lado operador y transmisión tienen la misma lógica, aunque los tags son diferentes ya que son dos sistemas independientes pero su funcionamiento es similar, cada sistema controla su respectivo servomotor a continuación se presenta la lógica del lado operador, teniendo en cuenta que la programación para los dos sistemas es idéntica.

88

Los pulsadores de la interfaz permiten seleccionar la cantidad de milímetros que se desea mover y la dirección hacia donde quiere realizar el movimiento.

El anterior ladder es una parte del control manual que se efectúa desde la panel, por otra parte está el control automático que corrige también enviando un numero de pulsos hacia el servomotor, pero el control se hace a partir de operaciones matemáticas que calculan promedios de las cantidad de veces que se presenta desfases y así posteriormente se procede a calcular los límites superiores e inferiores de los desfases y la posición de la cinta.

89

A partir los límites se identifica si se presentan desfase al lado izquierdo o lado derecho.

90

Similar como en el modo manual, cuando se identifica que se presenta un desfase de x milímetros la acción será mover un una cantidad de pulsos a un preset del contador hace girar los servomotores de acuerdo al desfase, si al lado izquierdo o al lado derecho.

91

Alarmas Sistema De Posición De Side Panel

Se crearon catorce (14) alarmas las cuales indican los desfases en el lado operador y lado transmision , ademas cuando se presente ausencia de cinta. Cuadro 10. Alarmas sistema de posición cinta.

ALARMA FUNCIÓN DESF CINTA 2mm IZQ SIDE PANEL LO

Indica que se presenta desfase de 2 milímetros hacia la izquierda en lado operador del side panel.

DESF CINTA 3mm IZQ SIDE PANEL LO

Indica que se presenta desfase de 3 milímetros hacia la izquierda en lado operador del side panel.

DESF CINTA 4mm IZQ SIDE PANEL LO

Indica que se presenta desfase de 4 milímetros hacia la izquierda en lado operador del side panel.

DESF CINTA 2mm DER SIDE PANEL LO

Indica que se presenta desfase de 2 milímetros hacia la derecha en lado operador del side panel.

DESF CINTA 3mm DER SIDE PANEL LO

Indica que se presenta desfase de 3 milímetros hacia la derecha en lado operador del side panel.

DESF CINTA 4mm DER SIDE PANEL LO

Indica que se presenta desfase de 4 milímetros hacia la derecha en lado operador del side panel.

DESF CINTA 2mm IZQ SIDE PANEL LT

Indica que se presenta desfase de 2 milímetros hacia la izquierda en lado trasmisor del side panel.

DESF CINTA 3mm IZQ SIDE PANEL LT

Indica que se presenta desfase de 3 milímetros hacia la izquierda en lado trasmisor del side panel.

DESF CINTA 4mm IZQ SIDE PANEL LT

Indica que se presenta desfase de 4 milímetros hacia la izquierda en lado trasmisor del side panel.

DESF CINTA 2mm DER SIDE PANEL LT

Indica que se presenta desfase de 2 milímetros hacia la derecha en lado trasmisor del side panel.

DESF CINTA 3mm DER SIDE PANEL LT

Indica que se presenta desfase de 3 milímetros hacia la derecha en lado trasmisor del side panel.

DESF CINTA 4mm DER SIDE PANEL LT

Indica que se presenta desfase de 4 milímetros hacia la derecha en lado trasmisor del side panel.

AUSENCIA DE CINTA SIDE PANEL LO

Indica que hay ausencia materia prima en lado operador del side panel.

AUSENCIA DE CINTA SIDE PANEL LT

Indica que hay ausencia materia prima en lado trasmisor del side panel.

92

7.4 ETAPA DE DISEÑO DE ARQUITECTURA.

7.4.1 Diseño de arquitectura del sistema de vacío. Figura 56. Sistema de control de vacío unidad de side panel

1756-OF6CI Module1756-IF8 Module

In-1

RODILLO EN UNDAD DE

CORTE SIDE PANEL

Out-1

Flauta de vacio Bomba de

vacio

Valvula de control

(Normalmente abierta)

Valvula manual

Nombre: Carlos Andres Morales

Comentarios: Plano neumático de la unidad de corte del side panel

PT

Los componentes del sistema requeridos: PLC Controllogix 5000 AB. SMC - ZSE30 con salida 4 a 20 mA (sensor de vacío). 1756-IF8 Modulo de entrada analógicas de Allen Bradley. Válvula de Control danfoss Modelo EV260B. 1756-OF8 Modulo de salidas analógicas de Allen Bradley. Bomba de vacío centrifuga Max 100 kp. Válvula de manual.

93

Flauta de vacío. Nota: por requerimiento de la empresa los componentes requeridos deben estar en el registro del almacén de la empresa. En la Figura 57 se observa el plano de conexión del módulo de entradas analógicas que recibe la señal de salida del sensor de vacío. Figura 57. Entradas analógicas sistema de vacío.

In-1

In-3

24 V

0 V

COM

1756-IF8 Module

i RTN1

i RTN2

i RTN3

Nombre: Carlos Andres Morales

Comentarios: Plano de conexión de modulo de entradas analogicas 1756-IF8 Module de Allen Brandley

PT TT

Los componentes de entrada requeridos: SMC - ZSE30 con salida 4 a 20 mA (sensor de vacío) 1756-IF8 Modulo de entrada analógicas de Allen Bradley.

94

En la Figura 58 se observa el plano de conexión del módulo de salidas analógicas que alimentan la entrada de la válvula proporcional. Figura 58. Salidas analógicas sistema de vacío.

ou

t-1

In-2

In-3

1756-OF6CI Module

i RTN1

i RTN2

i RTN3

Nombre: Carlos Andres Morales

Comentarios: Plano de conexión de modulo de salidas analogicas 1756-OF6CI Module de Allen Brandley

Los componentes de salida requeridos: Válvula de Control cla-val 4 a 20 mA modelo 340-02 1756-OF8 Modulo de salidas analógicas de Allen Bradley.

95

7.4.2 Diseño de arquitectura del sistema de temperatura.

Figura 59. Sistema de control de temperatura de la unidad de side panel

1756-OF6CI Module1756-IF8 Module

In-1

EJE UNDAD DE CORTE SIDE PANEL

Out-1

chiller

Valvula manual

Nombre: Carlos Andres Morales

Comentarios: Plano neumático de la unidad de corte del side panel

TT

Los componentes del sistema requeridos: PLC Controllogix 5000 AB. Pt100 buhler MK2-G1/2 con salida 4 a 20mA (sensor de temperatura) 1756-IF8 Modulo de entrada analógicas de Allen Bradley. Válvula de Control cla-val 4 a 20 mA modelo 100-01. 1756-OF8 Modulo de salidas analógicas de Allen Bradley. Chiller industrial Válvula de manual.

96

Nota: por requerimiento de la empresa los componentes requeridos deben estar en el registro del almacén de la empresa. En la Figura 60.se observa el plano de conexión del módulo de entradas analógicas que recibe la señal de salida del sensor de vacío. Figura 60. Entradas analógicas sistema de temperatura

In-1

In-3

24 V

0 V

COM

1756-IF8 Module

i RTN1

i RTN2

i RTN3

Nombre: Carlos Andres Morales

Comentarios: Plano de conexión de modulo de entradas analogicas 1756-IF8 Module de Allen Brandley

PT TT

Los componentes de entrada requeridos: Pt100 buhler MK2-G1/2 con salida 4 a 20mA (sensor de temperatura) 1756-IF8 Modulo de entrada analógicas de Allen Bradley.

97

En la Figura 61 se observa el plano de conexión del módulo de salidas analógicas que alimentan la entrada de la válvula proporcional. Figura 61. Salidas analógicas sistema de temperatura

out-1

out-2

out-3

1756-OF6CI Module i RTN1

i RTN2

i RTN3

Nombre: Carlos Andres Morales

Comentarios: Plano de conexión de modulo de salidas analogicas 1756-OF6CI Module de Allen Brandley

Los componentes de salida requeridos: Válvula de Control danfoss Modelo EV260B 1756-OF8 Modulo de salidas analógicas de Allen Bradley.

98

7.4.3 Diseño de arquitectura del sistema de tensión.

Figura 62. Sistema de control de posición de la unidad de side panel

In

RODILLOS UNIDAD DE CORTE DE CINTA

MECANICA

Out

SERVOMOTORES LO Y LT

Nombre: Carlos Andres Morales

Comentarios: Plano control de la unidad de corte de cinta mecánica

ZS

ZI

ZI

ZI

Los componentes del sistema requeridos: PLC Controllogix 5000 AB. 2 Sensor de fotoeléctrico para LO y LT. finales de carrera de PIZZATO ELETTRICA FR551. 1756-IB16 Modulo de entrada digitales de Allen Bradley. 1756-OB16 Modulo de salidas digitales de Allen Bradley. 2 servomotores eléctricos Panasonic A5E series. .

99

Nota: por requerimiento de la empresa los componentes requeridos deben estar en el registro del almacén de la empresa.

En la Figura 63 se observa el plano de conexión del módulo de entradas analógicas que recibe la señal de salida del sensor de vacío. Figura 63. Entradas digitales sistema de posición.

In-1

24 V

0 V

COM

Nombre: Carlos Andres Morales

Comentarios: Plano de conexión de modulo de entradas digitales de Allen Brandley

zs zi zi zi

In-2

In-3

In-4

Los componentes de entrada requeridos: 2 Sensor de proximidad inductivo Omron E2B para LO y LT. finales de carrera de PIZZATO ELETTRICA FR551. 1756-IB16 Modulo de entrada digitales de Allen Bradley.

100

En la Figura 64 se observa el plano de conexión del módulo de salidas analógicas que alimentan la entrada de la válvula proporcional. Figura 64. Salidas digitales sistema de posición.

ou

t-1

ou

t-2

Nombre: Carlos Andres Morales

Comentarios: Plano de conexión de modulo de salidas digitales de Allen Brandley

COM

Los componentes de salida requeridos: 2 servomotores eléctricos Panasonic A5E series. 1756-OB16 Modulo de salidas digitales de Allen Bradley.

101

7.5 ETAPA DE SELECCIÓN.

7.5.1 Selección Equipos Para Sistema De Vacío. La selección de equipos para el sistema de vacío se realizó de acuerdo a los parámetros que se establecieron en pruebas de medición en la unidad de trabajo, las mediciones se hicieron con el manómetro de presión negativa de la marca DWYER MAGNEHELIC 2000 y permitió establecer los parámetros de los equipos de medida. Parámetros para equipos de medición y control de vacío

Rango de trabajo mínimo: 0 a 50 Kp Variable física: Presión Negativa Temperatura de la unidad: 25 °c

El sensor que se escogió para el sistema es SMC ZSE30A que cumple con los parámetros necesarios y tiene salida 4 a 20 mA, para más información de las características observar el datasheet del sensor en ANEXOS Calculo para selección de válvula para el vacío.

𝑷𝟏 = 𝟏𝟎𝟎 𝑲𝑷 𝑷𝟐 = 𝟏𝟓 𝑲𝑷 ∆𝑷 = 𝟎, 𝟏𝟓 𝑻 = 𝟓𝟎 °𝑪 𝒁 = 𝟏𝟓. 𝟕𝟐 𝒎 = 𝟏 𝑾 = 𝟓𝟎 𝒌𝒈/𝒉

𝑷𝟏 = 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑷𝟐 = 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝒁 = 𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑍 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝒎 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑚 W= caudal 𝑲𝑽𝑺 = 𝟒. 𝟏𝟑 𝒎𝟑/𝒉 Selección: Tipo EV260B DANFOSS, 𝑲𝑽𝑺 = 𝟓 𝒎𝟑/𝒉

102

7.5.2 Equipos Para Sistema De Temperatura. La selección de equipos para el sistema de temperatura se realizó de acuerdo a los parámetros que se establecieron en pruebas de medición en la unidad de trabajo, las mediciones se hicieron con una termocupla de contacto Tipo K HTP-500 y permitió establecer los parámetros de los equipos de medida. Parámetros para equipos de medición y control de vacío Rango de trabajo mínimo de presión de glicol: 0 a 10 Kp Variable física: temperatura Rango mínimo de temperatura del circuito: -10 °c a 20 °c El sensor que se escogió para el sistema es Temperature sensor MK2 - EK2 que cumple con los parámetros necesarios y tiene salida 4 a 20 mA, para más información de las características observar el datasheet del sensor en ANEXOS Calculo para selección de válvula para la temperatura. 𝑲𝑽𝑺 = 𝟑𝟐 𝒎𝟑/𝒉 ∆ 𝐩𝐞𝐟𝐞𝐜𝐭𝐢𝐯𝐚 = 𝟎. 𝟐 𝐛𝐚𝐫 𝐯 = 𝟏𝟓 𝒎𝟑/𝒉

∆𝐏𝐦𝐢𝐧 = 𝟎, 𝟒𝟏 𝐛𝐚𝐫 Selección: Tipo 100-01 CLA-VAL, 𝑲𝑽𝑺 = 𝟏 𝒃𝒂𝒓 7.5.3 Equipos Para Sistema De Tensión. En la selección de los equipos para el sistema de posición se tiene que tener en cuenta el diámetro, peso y longitud del sistema que tendrá de carga el servomotor que se utilizara en el control. Diámetro de tornillo: 30mm

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Peso carga: 5 kg Longitud tornillo; 40mm

Con la ayuda de software MOTOR SELECTION DE OMRON se logró dimensionar el servo y los resultados arrojados que se necesita un máximo de 0,27 Nm de torque y el servomotor que cumple las especificaciones según el software es el omron r88m-040030h. En equipo de medición se escogió a partir de tiempo de respuesta que debe enviar la señal al equipo de control. Tiempo por cada pañal: 80 ms. El equipo de medición escogido es el sensor fotoeléctrico E3S-CL que cumple con los parámetros necesarios para la medición, para más información de las características observar el datasheet del sensor en ANEXOS 7.5.4 Presupuesto sistema de control y supervisión. El desarrollo de sistema de control y supervisión de vacío, temperatura y posición son escogidos de acuerdo a los parámetros de trabajo y disponibilidad del almacén de la empresa Tecnosur, en el siguiente Cuadro se registra la cantidad y el costo de los dispositivos que componen el proyecto.

104

Cuadro 11. Presupuesto de proyecto

105

Cuadro 11. (Continuación)

106

8. CONCLUSIONES

Para el desarrollo de sistema supervisión y control se debe tener en cuenta un análisis sobre el proceso de producción, así como el funcionamiento de las unidades de la máquina, para adquirir la información de la máquina se debe hacer la solicitud la compañía FAMECCANICA LTDA que es la que diseña y fabrica las máquinas pañales que son adquiridas por Tecnosur S.A. Para complementar la información del funcionamiento de la máquina se tuvo una interacción con las personas que conviven a diario con las máquinas pañaleras como operarios, coordinadores, supervisores y jefe de planta. Es muy importante dimensionar los sensores y equipos de control de manera adecuada ya que deben estar aptos ante las especificaciones y funcionamiento del sistema a controlar. La utilización de herramientas virtuales para ajustar los valores de sintonía de los controladores PID son muy útiles por que arrojan los valores inmediatamente según la respuesta que usuario desea. La integración de medición de variables con un sistema SCADA tiene una gran ventaja porque se tiene mayor control y supervisión de las variables permitiendo crear tendencias y estadísticas del funcionamiento de las unidades de corte anatómico y side panel. En el planteamiento del proyecto requería investigación e informaciones sobre diferentes áreas de ingeniería, se tuvo que indagar personas expertas en el campo electrónico, mecánico, eléctrico e industrial. A partir del sistema SCADA desarrollado se integraron aplicaciones en áreas de instrumentación como lo sensores de vacío, temperatura, posición, actuadores, válvulas , trasmisores con áreas de control y automatización donde se encuentran el PLC en el cual se ejecutan las estrategias de control y programación, pero la área de comunicación se encuentra en papel muy importante en este proyecto porque es la que permite la interacción de los equipos de medición , PLC y la pantallas Panel VIEW que es donde se desarrolla la interfaz humano-máquina.

107

Para el diseño la interfaz HMI en los sistemas SCADA se debe tener en cuenta los códigos de colores establecidos, además las dimensiones de botones y graficas deben cumplir con el objetivo de que el usuario pueda tener una interacción más amena posible.

108

BIBLIOGRAFÍA

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109

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110

ANEXOS

Anexo A. Características módulo 1756-IF8

111

Anexo B. Características módulo 1756-OF8

112

Anexo C. Características módulo 1756-IB16

113

Anexo D. Características módulo 1756-OB16

114

Anexo E. Características sensores SMC ZSE30A/ ISE30A

115

Anexo F. Características sensores de temperatura MK2/EK2

Anexo G. Características servomotor OMRON R88M-G40030T-S2

116

Anexo H. Características válvula 100-01CLA-VAL

Anexo I. Características válvula DANFOSS Tipo EV260B

117

Anexo J. Características Sensor fotoeléctrico E3S-CL