DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA...

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA

MÁQUINA DE CORTE LONGITUDINAL Y

TRANSVERSAL DE LÁMINAS DE PLÁSTICO

PVC CON UN SISTEMA HMI PARA LA

INDUSTRIA PLÁSTICA BROTHER’S”

Septiembre 2014.

LÓPEZ, J.

SANTO, M.

OBJETIVO GENERAL

DISEÑAR Y CONSTRUIR UNA MÁQUINA DE CORTE LONGITUDINAL Y

TRANSVERSAL DE LÁMINAS DE PLÁSTICO PVC DE HASTA 250

MICRAS DE ESPESOR CON UN SISTEMA HMI PARA LA INDUSTRIA

PLÁSTICA BROTHER’S.

OBJETIVOS

ESPECÍFICOS

• Recopilar la información necesaria acorde a los

requerimientos del proyecto.

• Diseñar y seleccionar los elementos constitutivos de los

sistemas de la máquina.

• Construir y montar el sistema mecánico y neumático de la

máquina.

• Implementar el sistema de control del proceso con el PLC.

• Configurar la interface para implementar el sistema HMI.

• Elaborar el manual de operación y el plan de mantenimiento

de la máquina.

Planteamiento del Problema

Utilización de la materia prima (PLÁSTICO PVC)

Proceso para la elaboración de diferentes tipos de productos

Método de corte tradicional (Corte transversal).

Parámetros de Diseño

• Capacidad de corte de la máquina: 400 ciclos/hora.

• Capacidad de carga en el desbobinado: Bobina de 45 Kg (441,5 N).

• Espesor de corte: Lámina de 0,120 a 0,250 mm.

• Dimensión de corte transversal: Variable.

• Dimensión de corte longitudinal: Variable.

• Dimensiones de la máquina:

Longitud < 2,5m.

Ancho < 1,5m.

Altura < 1,2m.

• Software de diseño:

SolidWorks Premium 2010.

• Criterio de diseño:

Energía de la distorsión.• Factor de seguridad:

2,5 – 4.

Sistema Mecánico

Velocidad de operación

de la máquina

Tiempos de Corte Velocidad lineal del film PVC

Sistema de Desbobinado

Sistema de Desbobinado

Von Mises = 32.01 MPa

FS = 7.34

Mecanismo A


FS = 6.25 MPa

Sistema de DesbobinadoMecanismo B

Sistema de Frenado


FS = 7.96

Sistema de Frenado

Sistema de guiado


FS = 10.75

Sistema de guiado

Sistema de corte longitudinal

Sistema de corte longitudinal


FS = 10.29

Sistema de Arrastre

Sistema de Arrastre

FS = 11.46

URES = 0.63 mm

Transmisión de potencia

del Sistema de arrastre

Sistema de Corte

Transversal

FS = 6.65

Sistema de Corte

Transversal

URES = 0,41 mm

Transmisión de potencia

del Sistema de Corte

Transversal

Transmisión de potencia del Sistema de Corte Transversal

Estructura Soporte


FS = 4.11

Estructura Soporte

Sistema Neumático

Sistema Neumático

Simulación en Festo Fluidsim V3.6

2

3

1

Sistema Eléctrico

NL

COM X1 X3 X5 X7 X11 X13 X15 X17 X21FG COM X0 X2 X4 X6 X10 X12 X14 X16 X20

0V24V

COM 0 COM 1 COM2 Y3 Y5 Y6 Y10 COM 4 Y13B Y0 Y1 Y2 Y4 COM 3 Y7 Y11 Y12

A Y15Y14

XC-32TPWR

RUN

ERR

1 20

LL 3

4

3 3 3 3 3 3 3 3 3

4 4 4 4 4 4 4 4 4

P0

SERVODRIVE

K1 K2 K3 K4 K5

3

4

K6 K7 K8 K9

3

4

3

4

3

4

3

4

3

4

K12 K13

11

12

K14

1 20

K15

F

K13

P1 P2 P3 P5 P6 P7 P8 P9 K10 P13K11 K12 SV S2

S1

S1 P S2

S1

P

S2K10 K11

Sistema Eléctrico

EV1

Breaker

principal de

circuito

#14 AWG

#14 AWG

#14 AWG

#14 AWG

#14 AWG

#14 AWG

16A, 220V

220V/3F 60Hz

L1 L2 L3

Servodrive

Servomotor

A1

A2

3

4

A1

A2

3

4

A1

A2

3

4

A1

A2

3

4

A1

A2

3

4

A1

A2

3

4

K4 K5 K8 K9 K10 K11

EV2 EV3 EV4 EV5 EV6

K15

K14

3F

M

Breaker

1A, 220V

Breaker

10A, 220V

#1

4 A

WG

#1

4 A

WG

#1

4 A

WG

#1

4 A

WG

#1

4 A

WG

#1

4 A

WG

#1

4 A

WG

#1

4 A

WG

Variador de

frecuencia

3

4

K6

3

4

K7

FWD REV COM

Tablero Eléctrico

Selección de componentes

Sistema de control

Implementación del HMI

Pruebas y resultados

ANALISIS TÉCNICO

ECONÓMICO

CONCLUSIONES

• Se diseñó y construyó una máquina de corte longitudinal y transversal de láminas de

plástico PVC de hasta 250 μm de espesor con un sistema HMI, la cual cumple con los

parámetros de diseño y requerimientos operacionales solicitados por la Industria Plástica

Brother´s.

• Se recopiló la información necesaria de acuerdo con las exigencias del proceso de corte, lo

cual permitió seleccionar la alternativa más adecuada para cada sistema de la máquina en

función de algunos parámetros de evaluación como: costo, mantenimiento, funcionalidad,

operación, etc.

• Mediante el PLC THINGET XC3-32RT-E se consiguió el control de la velocidad y posición

del servo motor alcanzando una precisión en la medida de corte de +1 mm, tolerancia que

está dentro de los requerimientos exigidos. También se implementó un sistema HMI, el cual

establece una comunicación fácil, rápida y entendible entre el operador y la máquina.

• El capital asignado para la construcción de la máquina representa una excelente inversión

ya que dicha cantidad se recuperará en un tiempo estimado de 1 año 8 meses

considerando que con la automatización de un proceso manual se logró realizar la labor de

5 trabajadores.

• Con la implementación de la máquina se consiguió un incremento en la cantidad de cortes

de láminas PVC de 150 cortes/h a 840 cortes/h, lo cual promueve a la industria a continuar

con la automatización de nuevos procesos.

RECOMENDACIONES

• Para incrementar la producción de la máquina es necesario reducir el tiempo de corte

transversal, por lo tanto es recomendable ampliar el diámetro de las poleas acopladas al

motorreductor y al mecanismo tensor.

• Si se pretende controlar mayor número de parámetros como tensión y alineación

automática de la lámina PVC, se recomienda adicionar módulos de entradas y salidas al

PLC.

• Para reducir el trabajo realizado por el operador de la máquina, se recomienda diseñar y

construir un sistema automático de montaje de bobinas de plástico PVC.

• Si en un futuro se requiere que la máquina sea totalmente automática, es necesario

implementar un sistema automático de apilado de láminas PVC.

• Para la implementación de proyectos posteriores es recomendable utilizar equipos de la

misma marca debido a la facilidad de comunicación entre dichos dispositivos.

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