1. DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO PARA ACTIVAR LAS PISTOLAS DE CALOR DE LA CELDA 2 DE MOTORES HERMÉTICOS

DEL SUR.

PROYECTO:

DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO PARA ACTIVAR LAS

PISTOLAS DE CALOR DE LA CELDA 2 DE MOTORES HERMÉTICOS DEL SUR.

MEMORIA DE ESTADÍA PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO EN MECATRÓNICA.

PRESENTA:

JOSÉ LUIS HERRERA CARVAJAL

1. I. Dedicatoria

Quiero dedicar este proyecto antes que nadie a Dios, que me ha

prestado vida para llegar hasta aquí, a mi familia, mis padres que me

apoyaron a lo largo de mi carrera y que me ayudaron a terminar mis estudios,

siempre lo agradeceré, a mis compañeros de clase que llegaron a ser buenos

amigos y buenos consejeros y a mi novia que siempre estuvo a mi lado

apoyándome y que también me aconsejó. Gracias a todos.

1.Apr25

II Agradecimiento

Quiero agradecer al Ing. Julio Cesar García Castro que estuvo

apoyándome en la realización de este proyecto, a mi asesor de la empresa el

Ing. Rosendo Salazar Bonilla, al igual que el Ing. Abelardo Cabrera

Hernández, que me dieron la oportunidad de realizar el proyecto en la

empresa, también a mis compañeros de trabajo. Agradezco a la empresa

Emerson climates technologies que me brindó el material necesario para la

realización del proyecto.

1.Apr25

III Resumen

Este proyecto beneficiará a la empresa pero también hará mas fácil el

proceso dentro de la línea de producción, el proceso antes de implementar

este proyecto el operador tenía que derretir el tubbing con un encendedor, se

tiene que adherir al cable de cobre del estator que esta siendo transportado

por la banda haciendo este trabajo manual en ocasiones no se adhería bien

el tubbing y se desprendía del cable de cobre, esto ocasionaba problemas al

poner el estator en funcionamiento. Se propuso hacer una implementación

donde se colocarán pistolas de calor y también colocando sensores para que

el estator al pasar por la banda sea detectado, se accionarán las pistolas y

hará el funcionamiento que deseamos, este proyecto constará de un PLC y

un sensor de corriente al igual que otros componentes que mencionaremos

más adelante.

1. indice Índice

I.Dedicatoria.............................................................................................III. Agradecimiento....................................................................................IIIII. Resumen............................................................................................III

1. Introducción

1.1 Antecedentes de la empresa........................................................................................................11.2 Antecedentes del problema........................................................................................................31.3 Definición del problema........................................................................................................41.4 Hipótesis........................................................................................................41.5 Justificación..................................................................................................51.6 Objetivo.......................................................................................................51.7 Limitaciones................................................................................................61.8 Delimitaciones..............................................................................................6

2. Análisis de fundamentos

2.1 ¿Qué es un PLC?..............................................................................................................72.2 Función y aplicación de un PLC......................................................................................................... 92.3 Entradas y salidas de un PLC............................................................................................................112.4 Tipos de programación más importantes de un PLC..........................................................................122.4.1 Diagrama de escalera...........................................................................................................2.5 Sistemas de control automático...............................................................................................2.5.1 Sistemas de control en lazo abierto.................................................................................................152.5.2 Sistemas de control en lazo cerrado................................................................................................162.6 ¿Qué es un sensor?...............................................................................................172.6.1 Sensor réflex...................................................................................................182.7 Contactores ...........................................................................................................192.7.1 Funcionamiento del

contactor.............................................................................................192.8 Variadores de frecuencia.................................................................................................... 212.8.1 Controlador del VFD..............................................................................................................232.8.2 Visualización y Edición de Parámetros...........................................................................................242.8.3 Bloque de terminales de c control de un Powerflex 4......................................................................272.8.4 Teclado integral.....................................................................................................292.8.5 Parámetros del grupo de visualización............................................................................................312.8.6 Parámetros del grupo de programación básica...............................................................................322.8.7 Parámetros del grupo avanzado....................................................................................................332.8.8 Código de fallos..........................................................................................................35

3. Procedimiento

3.1 Obtención del material........................................................................................................363.2 Montaje del material........................................................................................................373.3 Ensamble de piezas..........................................................................................................393.4 Conexión de entradas al PLC..........................................................................................................403.5 Conexión de salidas del PLC...........................................................................................................413.6 Conexión del contactor...................................................................................................433.7 Conexión de potencia del variador.................................................................................................. 453.8 Conexión general del variador..........................................................................................................473.9 Conexión general...........................................................................................................483.10 Diagrama de escalera del programa...............................................................................................503.11 Montaje dentro de la celda de producción.....................................................................................513.12 Funcionamiento.....................................................................................52

4. Resultado...................................................................................................535. Concluciones............................................................................................ 546. Recomendaciones.............................................................................557. Bibliografía...........................................................................................56

7.1. Referencias bibliográficas..............................................................................578. Glosario...........................................................................................................589. Listado de figuras...........................................................................................................6010.Listado de tablas...........................................................................................................62

1.

25

1. Introducción

1. 1.1 Antecedentes de la empresa

Emerson ha respondido a los desafíos económicos globales de los últimos tres

años reposicionando la compañía para que esté mejor alineada con el mercado global

que cambia constantemente. El resultado es un Emerson más fuerte, con oportunidades

significantes para el crecimiento y una estructura de costo que nos permiten competir en

cualquier parte del mundo.”

La habilidad de responder rápidamente y efectivamente en los negocios cuando

éstos se encuentran en un ciclo bajo mientras que, al mismo tiempo, se continúa

invirtiendo en el futuro es algo que siempre ha destacado a Emerson, y este año no es

una excepción. En el 2003 tomamos ciertas medidas a fin de reforzar el liderazgo global

de nuestros negocios, posicionamos la compañía de un modo para lograr un fuerte

crecimiento y resaltamos nuestra sólida posición financiera.

Emerson (NYSE: EMR) es una compañía que une la tecnología y la ingeniería

para proveer soluciones innovadoras a nuestros clientes en una amplia gama de

mercados industriales, comerciales y de consumidores. Nuestra prioridad es diseñar,

producir y entregar productos, sistemas y soluciones que mejoran la vida de la gente.

Los productos y las tecnologías innovadoras de Emerson incluyen: Sistemas

de control de procesos sofisticados que ayudan a asegurar la eficacia, la seguridad y

la alta calidad de producción de cualquier elemento, desde petróleo y químicos hasta

productos farmacéuticos y alimenticios. Tecnologías de control del clima que

permiten un ambiente agradable de aire acondicionado eficiente y refrigeración para

refrescar y lograr la comodidad residencial y comercial. Tecnologías de energía

confiables que ayudan a cuidar las redes de computadoras, teléfonos e Internet de

trastornos e interrupciones de energía eléctrica. Motores eléctricos de potencia

eficaz, duraderos usados para negocios comerciales y también utilizados en muchos

artefactos para el hogar. Una variedad de otros productos que ofrecen eficacia,

organización, conveniencia y comodidad a los hogares y lugares de trabajo como

por ejemplo sistemas de almacenamiento y gabinetes, desechos de alimentos de

cocina, ventiladores de techo y herramientas manuales y de plomería.

Emerson Climate Technologies trabaja con varios clientes en la industria de

aire acondicionado y refrigeración a través de Fabricantes Originales de Equipos y

de una red de Distribuidores Autorizados. Nuestra línea de productos principales

incluye los compresores semiherméticos, herméticos y los compresores Copeland

Scroll de 1 a 40 caballos de fuerza además de los productos de Flow Controls (Alco),

CPC (Computer Process Controls), Motores HAC, Control Techniques, y productos

White-Rodgers. Cada uno de estos grupos de productos se ha convertido como el

líder de la industria por su gran confiabilidad, alto nivel de eficiencia, bajo nivel

sonoro y gama amplia de selección.

1.2 Antecedentes del problema

En la empresa Emerson motores herméticos del sur, existen varias celdas de

trabajo, algunas ya se encuentran habilitadas pero otras no, en la celda 2 la cual no

está habilitada, dentro del proceso hay un paso donde el personal de producción

coloca material aislante a los cables del estator. La persona tiene que quemar con

encendedor el tubbing para que cubra bien el cable.

1.3 Definición del problema

Dentro de la celda 2 en algún paso del proceso se coloca tubing para aislar

los cables, el problema es que el tubbing tiene que recibir calor para que se pueda

adherir bien al cable, la persona lo realiza con encendedor lo cual causa que a veces

se queme el tubbing u otras veces no se adhiera bien, así que se colocarán pistolas

de calor para derretir el tubbing sin quemarlo y facilitar el trabajo del personal. El

conveyor por el cual corren los motores solamente se detienen con el botón de paro

y siempre tienen la misma velocidad aquí se planea colocar sensores uno que active

las pistolas de calor y el otro al final de la banda que detenga la banda cuando haya

mucha producción al igual que un VFD para cambiar la velocidad del motor que hace

que corra la banda.

1.4 Hipótesis

Se realizó esta implementación para hacer más fácil el trabajo del operador,

también para obtener mejor calidad en el producto que se realiza. ¿El operador

podrá tener un mejor desempeño al realizar su trabajo con la mejor calidad

obtenida?

1.5 Justificación

La importancia de este proyecto es que estaremos ahorrando tiempo y

tendremos una mejor calidad en el producto al evitar que el motor sea rechazado por

tener el tubbing mal colocado o quemado, el personal evitará estar usando el

encendedor y la banda tendrá una velocidad específica según el trabajo que haya,

eso aumentará la producción en ese proceso.

1.6 Objetivo

Para comenzar con la realización de este proyecto antes que nada tuvimos

que hacer estudios de tiempos, y se comprobó que el proyecto era factible así que

se realizará en la celda, se colocarán pistolas de calor que se encenderán

automáticamente por medio de un sensor y cambiaremos la velocidad de la banda

por medio de un variador de frecuencia.

1.7 Limitaciones

Mientras se esté realizando este proyecto la única limitante seria que no se

cuente con algún material a utilizar en ese momento y se tenga que esperar algunos

días para continuar con el proyecto.

1.7 Delimitaciones

Este proyecto se implementará en la celda 2 y se podrá utilizar en cualquier

celda que cuente con este paso dentro del proceso.

1. 1. Análisis de fundamentos

2.1 ¿Qué es un PLC?

Un autómata programable industrial (API) o Programable logic controller

(PLC), es un equipo electrónico, programable en lenguaje no informático, diseñado

para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial, procesos

secuenciales. Un PLC trabaja en base a la información recibida por los captadores y

el programa lógico interno, actuando sobre los accionadores de la instalación.

Como su mismo nombre lo indica, se ha diseñado para programar y controlar

procesos secuenciales. Por lo general, es posible encontrar este tipo de equipos en

ambientes industriales.

Los PLC sirven para realizar automatismos; reproducen programas

informáticos, que permiten controlar autómatas. Se tiene que saber que hay

infinidades de tipos de PLC, los cuales tienen diferentes propiedades, que ayudan a

facilitar ciertas tareas para las cuales se los diseñan.

Su historia se remonta a finales de la década de 1960, cuando la industria

buscó en las nuevas tecnologías electrónicas una solución más eficiente para

reemplazar los sistemas de control basados en circuitos eléctricos con relés,

interruptores y otros componentes comúnmente utilizados para el control de los

sistemas de lógica combinacional.

Fig. 2.1 Tipos de PLC.

2.2 Función y aplicación de un PLC

Para que un PLC logre cumplir con su función de controlar, es necesario

programarlo con cierta información acerca de los procesos que se quiere secuenciar.

Esta información es recibida por captadores, que gracias al programa lógico interno,

logran implementarla a través de los accionadores de la instalación. Es decir, a través de

los dispositivos de entradas, formados por los sensores (transductores de entradas) se

logran captar los estímulos del exterior que son procesados por la lógica digital

programada para tal secuencia de proceso que a su vez envía respuestas a través de

los dispositivos de salidas (transductores de salidas), llamados actuadores.

Un PLC es un equipo comúnmente utilizado en maquinarias industriales de

fabricación de plástico, en máquinas de embalajes, en automóviles, entre otras; en fin,

son posibles de encontrar en todas aquellas maquinarias que necesitan controlar

procesos secuenciales, así como también, en aquellas que realizan maniobras de

instalación, señalización y control.

Dentro de las funciones que un PLC puede cumplir se encuentran operaciones

como las de detección y de mando, en las que se elaboran y envían datos de acción a

los pre-accionadores y accionadores. Además cumplen la importante función de

programación, pudiendo introducir, crear y modificar las aplicaciones del programa.

El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de

aplicación muy extenso. La constante evolución del hardware y software amplía

constantemente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan

en el espectro de sus posibilidades reales.

Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es

necesario un proceso de maniobra, control, señalización, etc. Por tanto, su

aplicación abarca desde procesos de fabricación industriales de cualquier tipo a

transformaciones industriales, control de instalaciones, etc.

Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la

posibilidad de almacenar los programas para su posterior y rápida utilización, la

modificación o alteración de los mismos, etc., hace que su eficacia se aprecie

fundamentalmente en procesos en que se producen necesidades tales como:

Espacio reducido, procesos de

producción periódicamente cambiantes,

procesos secuenciales, maquinaria de

procesos variables, instalaciones de procesos

complejos y amplios, chequeo de

programación centralizada de las partes del

proceso.

Fig. 2.2 Partes de un PLC (SLC).

2.3 Entradas y salidas de un PLC

Las entradas y salidas (E/S) de un PLC son digitales, analógicas o

especiales. Las E/S digitales se identifican por presentar dos estados diferentes: on

u off, presencia o ausencia de tensión, contacto abierto o cerrado. Los niveles de

tensión de las entradas más comunes son 5VDC, 24VDC, 48VDC, 110VAC y

220VAC. Los dispositivos de salida más frecuentes son relevadores.

Las E/S analógicas se encargan de convertir una magnitud analógica

(tensión o corriente) equivalente a una magnitud física (temperatura, presión, flujo,

etc.) en una expresión de tipo binaria. Esto se realiza mediante convertidores

analógico- digitales (ADC’s). Por último, las E/S especiales se utilizan en procesos

en los que las anteriores E/S vistas son poco efectivas, es decir, es necesario un

gran número de elementos adicionales, ya sea porque el programa necesita de

muchas instrucciones o por protocolos especiales de comunicación que se necesitan

para poder obtener el dato requerido por el PLC (HART, salidas de trenes de

impulso, motores paso a paso). En el caso que desarrollamos en este proyecto no

es necesario este tipo de señales acondicionadas.

Fig. 2.3 Entradas y salidas de un PLC MicroLogix 1000.

2.4 Tipos de programación más importantes de un PLC

Hay varias posibilidades para resolver una tarea de control con un programa

en un PLC. Son tres tipos de programación más comunes, sin descartar la nueva

versión Beta conocida como CoDeSys (Controller Development System), donde

cada uno de los fabricantes de controles lógicos programables abren sus protocolos

de comunicación y mediante ambiente en Windows el personal técnico de las

industrias puede descifrar el lenguaje en el cual está programado su PLC y tiene

acceso para leer, entender y realizar las mejoras o modificaciones a sus sistemas.

Esta versión no la desarrollaremos en este documento puesto que son pruebas

piloto y se encuentra en fase experimental en el mercado de los mejores fabricantes

de equipos de control.

Diagrama de contactos o de escalera (KOP).

Diagrama de funciones (FUP).

Listado de instrucciones (AWL).

2.4.1 Diagrama de escalera

Al diagrama de contactos también se le denomina y se le conoce por su voz

inglesa: “ladder diagramm”. De hecho, el diagrama de contactos se parece mucho a

una escalera (ingles: ladder), con dos líneas verticales, la de la izquierda puesta a

una fuente de tensión y la de la derecha puesta a tierra. Entre estas paralelas se

trazan perpendiculares también paralelas, de izquierda a derecha: los circuitos de

corriente o líneas de contactos. Las entradas se representan con los siguientes

símbolos:

Contacto abierto:

Contacto negado o cerrado.

Un enlace lógico de entradas por “Y” se realiza conectando varios contactos

en serie; para enlace lógico “O”, se conectan los contactos en paralelo. En el

diagrama de contactos, la entrada negada es representada por un interruptor

cerrado.

Las salidas son representadas por el símbolo -( )- (bobina) en el extremo

derecho de la línea respectiva. En la programación, a cada símbolo le es asignada

una dirección PLC real o una abreviatura (dirección simbólica).

Al contrario del diagrama de conexionado, el diagrama de contactos es de

concepto esquemático; o sea, que no se aprecia la precisa disposición de los

grupos. El diagrama de contactos es una especie de esquema eléctrico. Cabe

mencionar que la persona que puede desarrollar un diagrama electroneumático a

base de relevadores tiene la lógica para desarrollar y entender la lógica de un control

lógico programable. Cuando para programar un sistema de control se dispone

previamente del correspondiente esquema eléctrico, lo más sencillo es transcribirlo y

confeccionar el diagrama de contactos.

Fig. 2.4 Diagrama de contactos o de escalera (KOP).

2.5 Sistemas de control automático

Un sistema automático de control es un conjunto de componentes físicos

conectados o relacionados entre sí, de manera que regulen o dirijan su actuación

por sí mismos, es decir sin intervención de agentes exteriores (incluido el factor

humano), corrigiendo además los posibles errores que se presenten en su

funcionamiento. Actualmente, cualquier mecanismo, sistema o planta industrial

presenta una parte actuadora, que corresponde al sistema físico que realiza la

acción, y otra parte de mando o control, que genera las órdenes necesarias para que

esa acción se lleve o no a cabo.

2.5.1 Sistemas de control en lazo abierto

Un sistema de control en lazo o bucle abierto es aquél en el que la señal de

salida no influye sobre la señal de entrada. Establece una relación entre la entrada y

la salida con el fin de obtener del sistema la exactitud deseada.

Fig. 2.5 Sistema de control de lazo abierto.

2.5.2 Sistemas de control en lazo cerrado 1. Si en un sistema en lazo abierto existen perturbaciones, no se obtiene

siempre la variable de salida deseada. Conviene, por tanto, utilizar un sistema en el que

haya una relación entre la salida y la entrada. Un sistema de control de lazo cerrado es

aquél en el que la acción de control es, en cierto modo, dependiente de la salida. La señal

de salida influye en la entrada. Para esto es necesaria que la entrada sea modificada en

cada instante en función de la salida. Esto se consigue por medio de lo que llamamos

realimentación o retroalimentación (feedback). La realimentación es la propiedad de un

sistema en lazo cerrado por la cual la salida (o cualquier otra variable del sistema que esté

controlada) se compara con la entrada del sistema (o una de sus entradas), de manera que

la acción de control se establezca como una función de ambas.

A veces también se le llama a la realimentación transductor de la señal de

salida, ya que mide en cada instante el valor de la señal de salida y proporciona un

valor proporcional a dicha señal.

Fig. 2.6 Sistema de control de lazo cerrado.

2.6 ¿Qué es un sensor?

Un sensor es un aparato capaz de transformar magnitudes físicas o

químicas, llamadas variables de instrumentación, en magnitudes eléctricas. Las

variables de instrumentación dependen del tipo de sensor y pueden ser por ejemplo:

temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento,

presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc. Una magnitud eléctrica obtenida puede

ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en

un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente

eléctrica (como un fototransistor), etc.

Un sensor también es un tipo de transductor que transforma la magnitud que

se quiere medir o controlar, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicación

directa (ejemplo un termómetro de mercurio) o pueden estar conectados a un

indicador (posiblemente a través de un convertidor analógico a digital, un

computador y un display) de modo que los valores detectados puedan ser leídos por

un humano.

Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en

contacto con la variable a medir o a controlar. Hay sensores que no solo sirven para

medir la variable, sino también para convertirla mediante circuitos electrónicos en

una señal estándar (4 a 20 mA, o 1 a 5VDC) para tener una relación lineal con los

cambios de la variable sensada dentro de un rango, para fines de control de dicha

variable en un proceso.

2.6.1 Sensor réflex

Tienen el componente emisor y el componente receptor en un solo cuerpo, el

haz de luz se establece mediante la utilización de un reflector catadióptrico. El objeto es

detectado cuando el haz formado entre el componente emisor, el reflector y el

componente receptor es interrumpido. Debido a esto, la detección no es afectada por el

color del mismo. La ventaja de las barreras réflex es que el cableado es en un solo lado,

a diferencia de las barreras emisor-receptor que es en ambos lados.

2.7 Contactores

Un contactor es un componente electromecánico que tiene por objetivo

establecer o interrumpir el paso de corriente, ya sea en el circuito de potencia o en el

circuito de mando, tan pronto se energice la bobina (en el caso de ser contactores

instantáneos). Un contactor es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente

eléctrica de un receptor o instalación, con la posibilidad de ser accionado a distancia,

que tiene dos posiciones de funcionamiento: una estable o de reposo, cuando no

recibe acción alguna por parte del circuito de mando, y otra inestable, cuando actúa

dicha acción. Este tipo de funcionamiento se llama de "todo o nada". En los

esquemas eléctricos, su simbología se establece con las letras KM seguidas de un

número de orden.[

Son elementos conductores que tienen por objeto establecer o interrumpir el

paso de corriente en cuanto la bobina se energice.

2.7.1 Funcionamiento del contactor

Los contactos principales se conectan al circuito que se quiere gobernar.

Asegurando el establecimiento y cortes de las corrientes principales y según el número

de vías de paso de corriente podrá ser bipolar, tripolar, tetrapolar, etc. realizándose las

maniobras simultáneamente en todas las vías.

Los contactos auxiliares son de dos clases abiertos, NA, y cerrados, NC. Estos

forman parte del circuito auxiliar del contactor y aseguran las autoalimentaciones , los

mandos, enclavamientos de contactos y señalizaciones en los equipos de automatismo.

Cuando la bobina del contactor queda excitada por la circulación de la corriente,

esta mueve el núcleo en su interior y arrastra los contactos principales y auxiliares,

estableciendo a través de los polos, el circuito entre la red y el receptor.

Cuando la bobina deja de ser alimentada, abre los contactos por efecto del

resorte de presión de los polos y del resorte de retorno de la armadura móvil. Si se debe

gobernar desde diferentes puntos, los pulsadores de marcha se conectan en paralelo y

el de parada en serie.

Fig. 2.8 Contactor.

2.8 Variadores de frecuencia

Un variador de frecuencia (siglas VFD, del inglés: Variable Frequency Drive o

bien AFD Adjustable Frequency Drive) es un sistema para el control de la velocidad

rotacional de un motor de corriente alterna (AC) por medio del control de la

frecuencia de alimentación suministrada al motor. Un variador de frecuencia es un

caso especial de un variador de velocidad. Los variadores de frecuencia son también

conocidos como drivers de frecuencia ajustable (AFD), drivers de CA, microdrivers o

inversores. Dado que el voltaje es variado a la vez que la frecuencia, a veces son

llamados drivers VVVF (variador de voltaje variador de frecuencia). Un sistema de

variador de frecuencia (VFD) consiste generalmente en un motor de CA, un

controlador y una interfaz operadora.

El motor usado en un sistema VFD es normalmente un motor de inducción

trifásico. Algunos tipos de motores monofásicos pueden ser igualmente usados, pero

los motores de tres fases son normalmente preferidos. Varios tipos de motores

síncronos ofrecen ventajas en algunas situaciones, pero los motores de inducción

son más apropiados para la mayoría de propósitos y son generalmente la elección

más económica. Motores diseñados para trabajar a velocidad fija son usados

habitualmente, pero la mejora de los diseños de motores estándar aumenta la

fiabilidad y consigue mejor rendimiento del VFD.

El controlador de dispositivo de variación de frecuencia está formado por

dispositivos de conversión electrónicos de estado sólido. El diseño habitual primero

convierte la energía de entrada CA en CC usando un puente rectificador. La energía

intermedia CC es convertida en una señal quasi-senoidal de CA usando un circuito

inversor conmutado. El rectificador es usualmente un puente trifásico de diodos,

pero también se usan rectificadores controlados. Debido a que la energía es

convertida en continua, muchas unidades aceptan entradas tanto monofásicas como

trifásicas (actuando como un convertidor de fase, un variador de velocidad).

Las características del motor CA requieren la variación proporcional del

voltaje cada vez que la frecuencia es variada. Por ejemplo, si un motor está

diseñado para trabajar a 460 voltios a 60 Hz, el voltaje aplicado debe reducirse a

230 volts cuando la frecuencia es reducida a 30 Hz. Así la relación voltios/hertzios

deben ser regulados en un valor constante (460/60 = 7.67 V/Hz en este caso). Para

un funcionamiento óptimo, otros ajustes de voltaje son necesarios, pero

nominalmente la constante es V/Hz es la regla general. El método más novedoso y

extendido en nuevas aplicaciones es el control de voltaje por PWM.

2.8.1 Controlador del VFD

El controlador de dispositivo de variación de frecuencia está formado por

dispositivos de conversión electrónicos de estado sólido. El diseño habitual primero

convierte la energía de entrada CA en CC usando un puente rectificador. La energía

intermedia CC es convertida en una señal quasi-senoidal de CA usando un circuito

inversor conmutado.

El rectificador es usualmente un puente trifásico de diodos, pero también se

usan rectificadores controlados. Debido a que la energía es convertida en continua,

muchas unidades aceptan entradas tanto monofásicas como trifásicas (actuando

como un convertidor de fase, un variador de velocidad).

Tan pronto como aparecieron los interruptores semiconductores fueron

introducidos en los VFD, ellos han sido aplicados para los inversores de todos las

tensiones que hay disponible. Actualmente, los transistores bipolares de puerta

aislada (IGBTs) son usados en la mayoría de circuitos inversores.

Las características del motor CA requieren la variación proporcional del

voltaje cada vez que la frecuencia es variada. Por ejemplo, si un motor está

diseñado para trabajar a 460 voltios a 60 Hz, el voltaje aplicado debe reducirse a

230 volts cuando la frecuencia es reducida a 30 Hz.

Así la relación voltios/hertzios deben ser regulados en un valor constante

(460/60 = 7.67 V/Hz en este caso). Para un funcionamiento óptimo, otros ajustes de

voltaje son necesarios, pero nominalmente la constante es V/Hz es la regla general.

El método más novedoso y extendido en nuevas aplicaciones es el control de voltaje

por PWM.

Fig. 2.10 Diagrama de Variador de frecuencia.

2.8.2 Visualización y Edición de Parámetros

1. El ultimo parámetro del grupo de visualización utilizado por el usuario se

guarda al interrumpirse la alimentación eléctrica y se muestra en pantalla por defecto al

volverse aplicar la alimentación eléctrica.

A continuación se presenta un ejemplo de las funciones básicas del teclado integral

y la pantalla. Este ejemplo proporciona instrucciones básicas de navegación e ilustra

como programar el primer parámetro del grupo de programación.

Fig. 2.11 Edición de parámetros

2.8.3 Bloque de terminales de control de un Powerflex 4

Fig.2.12 Bloque de terminales de control.

Tabla 2.1 terminales de control.

2.8.4 Teclado integral 1. 2.8.4 Teclado integral

Fig. 2.13 Teclado integral.

2.8.5 Parámetros del grupo de visualización

Tabla 2.2 Parámetros del grupo de visualización

1. 2.8.6 Parámetros del grupo de programación básica

.

Tabla 2.3 Parámetros del grupo de programación básica.

2.8.7 Parámetros del grupo avanzado

Tabla 2.4 Parámetros del grupo avanzado.

Tabla 2.4 Parámetros del grupo avanzado.

2.8.8 Código de fallos

1. Para borrar un fallo, pulse la tecla paro, apague y encienda la alimentación

eléctricaPara borrar un fallo, pulse la tecla paro, apague y encienda la alimentación

eléctrica establezca A100 (Borrar fallo) en 1 o 2.

Tabla 2.5 Código de fallos

1. 3.1 Obtención del material

Para comenzar con este proyecto antes que nada, se confirmó de que el

almacén de la empresa contara con todo el material requerido, de lo contrario se

tendría que haber comprado, en esta ocasión el almacén contaba con todo el

material necesario para realizar este proyecto, aquí se muestra una lista del material

que se ocupó para la realización de este proyecto.

2 metros cuadrados de lámina de 1/8.

1 PLC Allen Bradley Micrologix 1000.

1 Sensor difuso Balluff BOS 16K-AU-0PD-02.

1 Sensor difuso Banner SM312DQD.

1 Motor VAC Baldor VM3108.

1 Torreta Telemecanique (rojo, verde y ámbar).

1 PowerFlex 4 AC Drive.

1 Botón de paro de 110V, NC.

1 Botón de Reset 110V, NC.

1 Sensor de corriente ECS01E2S.

2 Contactos de 110V.

2 Pistolas de aire caliente Master Heat Gun.

1 Clavija de 110V.

5 Metros de cable rojo # 14.

5 Metros de cable azul # 14.

1 Metro de cable verde # 14.

3.2 Montaje del material

Aquí se comenzó desde la fabricación de la caja de lamina, esta mide 7

pulgadas de ancho, por 17 pulgadas de alto, por 15 pulgadas de largo, también se le

colocó una puerta para que los componentes estuvieran con protección y evitar

accidentes. Se hicieron 3 perforaciones de ½ pulgada de diámetro por la parte baja

de la caja, por una de esas perforaciones pasa una clavija de 110V, la otra

perforación está destinada para funcionar como tierra, y en la última perforación

llegan los cables de los sensores, otra perforación se hizo al costado derecho de la

caja para que salieran dos cables, una línea de 110V y otro neutro que llegan hasta

los contactos de 110V. Posteriormente se realizó una última perforación en la parte

superior derecha de la caja, donde se colocó la torreta.

Fig. 3.1 Caja con vista de perforaciones.

3.3 Ensamble de piezas

Antes que cualquier otra cosa, se comenzó primero a colocar el material

dentro de la caja ya fabricada y mostrada en el pasado tema. Acomodar cada pieza

en un lugar para después fijarlo a la caja, esto nos ayuda a identificar los

componentes y facilitar el cableado, con esto también se puede saber cuántos

metros vamos a ocupar de cable o bien si no van a quedar cables enredados. La

siguiente imagen muestra un bosquejo del acomodo de los componentes dentro de

la caja.

Fig. 3.2 Vista frontal dentro de la caja.

3.4 Conexión de entradas al PLC.

Se decidió utilizar un PLC Micrologix 1000 de 10 entradas y 6 salidas. Lo

primero que se hizo fue alimentar el PLC con 110V. Una vez conectada la

alimentación al PLC, tendremos en las primeras 2 terminales del área de entrada 24

VCD, de ahí haremos un puente al común de las entradas, este voltaje lo

utilizaremos para activar sensores y botones. El sensor Banner tipo difuso, que será

el encargado de accionar las pistolas de calor, tiene 3 cables que son: café, azul y

negro. El cable café representa el positivo y se conectará a 24 VCD del PLC, el

cable azul representa negativo y se conectará a 0 VCD del PLC y el cable negro

representa la señal la cual deberá ser conectada a la entrada I:0/0 del PLC.

En la entrada I:0/1 se encuentra conectado un botón de reset NA este botón

lleva dos cables uno se conectará a 24 VCD y el otro a la entrada I:0/1. Con esto

tenemos ya 2 entradas conectadas solo hace falta conectar una entrada más, la

siguiente entrada seria la I:0/2.

En esta entrada se conectará la terminal marcada con el número 3 del sensor

de corriente ECS41BC, este sensor tiene 5 terminales, la terminal 1 representa

Positivo, la terminal 2 representa neutro, entre la terminal 3 y 5 existe un contacto

NC y entre la 3 y la 4 un contacto NA, por eso es que se conectó la terminal número

3 en la entrada del PLC solamente funcionará como un contacto NA.

A continuación se muestra una imagen de la conexión de entradas del PLC

para mejor comprensión.

Fig. 3.3 Conexión de entradas del PLC.

3.5 Conexión de salidas del PLC.

A continuación se mostrará como conectar las salidas del PLC. Lo primero

que se realizará será tomar L1 ósea 110V de donde estamos alimentando al PLC y

colocar puentes a los primeros 4 comunes de salidas, este PLC cuenta con 5

comunes pero solo por hasta este momento ocuparemos los primeros cuatro. Lo

siguiente es cablear las salidas del PLC, la salida O:0/0 estará conectada a la bobina

del contactor en este caso será al positivo, este contactor no tiene polarización, así

que lo podemos mandar a cualquier terminal de la bobina, la otra terminal de la

bobina la conectaremos a neutro.

La salida O:0/1 llegará hasta la torreta telemecanique a la luz de color verde,

las siguiente salida la O:0/2 estará llegara también hasta la torreta a la luz de color

ámbar, y la salida O:0/3 llegara también hasta la torreta, a la luz de color rojo.

Cabe mencionar que la torreta es de 110VAC, esta cuenta con 4 cables, uno

para cada color que presenta la torreta que en este caso es el verde, ámbar y rojo, el

otro cable es el común que en este caso lo conectaremos también al neutro del PLC.

En la mayoría de las veces cuando se trabajan con torretas, viene un manual

donde puedes ver el orden de los cables para activar los focos y cuál será el común,

si no cuentas con un manual puedes probar con los cables alimentándolos y ver cual

luz se activa, otra forma de poder saber es que en algunas ocasiones el fabricante

coloca los cables con pequeñas franjas de color, según las luces colocadas en la

torreta y así identificar a simple vista el orden de los cables.

A continuación se muestra una imagen para comprender como será la

conexión de las salidas del PLC.

Fig. 3.4 Conexión de salidas del PLC.

3.6 Conexión del contactor

Como se mostró en el capítulo anterior se explicó cómo conectar la bobina

del contactor, pero aquí se explicará como conectar el resto del contactor, una vez

que ya está conectada la bobina, el resto de las conexiones es muy sencillo, primero

elige cual contacto deseas utilizar, en este caso se utilizo L2, a esa terminal la

alimentaremos con 110VAC y en la parte de abajo tiene una salida la cual

enviaremos por el sensor de corriente hasta alimentar los 2 contactos de 110V,

también lo alimentamos con neutro al igual que será necesario aterrizarlo, de esta

manera ya tenemos listo los contactos donde colocaremos las pistolas de calor. A

continuación se mostrara una imagen para tener una mayor comprensión.

Fig. 3.5 Conexión del contactor.

3.7 Conexión de potencia del variador.

A continuación se explicará cómo hacer la conexión del VFD, este será uno

de los últimos pasos para finalizar con el proyecto.

También explicaremos como cablear el botón de paro y el sensor que estará

al final de la banda, que será el encargado de detener la banda cuando se encuentre

un estator en esa posición.

Como ya sabemos en uno de los capítulos anteriores teníamos el bloque de

terminales del variador Powerflex 4, de aquí nos vamos a basar para hacer la

conexiones faltantes. El variador de frecuencia tendrá una conexión tal como se

explicará a continuación, se comenzó por alimentar el Variador con 480VAC, a

continuación se muestra el bloque de terminales de potencia para tener una mayor

comprensión de las conexiones tanto de alimentación como para el motor que se

utilizará para mover la banda.

Fig. 3.6 Bloque de terminales de potencia.

La alimentación de 480V para el variador se conectará en las terminales

R/L1, S/L2 y T/L3, y se mandó la conexión a tierra, el motor tiene 3 cables los cuales

se conectarán en U/T1, V/T2 y W/T3 si al querer arrancar el motor gira en reversa

solo es necesario cambiar de posición cualquiera de las terminales conectadas. A

continuación se muestra como hacer la conexión de alimentación para el variador y

la conexión del motor.

Fig. 3.7 Conexión de potencia del variador.

3.8 Conexión general del variador

A continuación se explicará cómo se conectó el variador en general para que

empezara a funcionar de forma adecuada.

Antes que nada tenemos que ver el bloque de terminales de control para

identificar todas las terminales que utilizaremos. La terminal número 11 del variador

nos dice el bloque de terminales de control que representa el común de 24VCD, de

ahí mandaremos un cable hasta el último común de salidas del PLC que falto por

usar.

Después un cable saldrá de la salida 4 del PLC hasta el sensor difuso de 2

hilos Balluff, que este solo actuará como un contacto, esta conexión sigue en serie

con el botón de paro NC y llegará hasta la terminal número 1 del variador, que

representa el paro, de ahí colocamos un puente a la terminal 2 que representa el

arranque, según muestra nuestro bloque de terminales de control.

De esta manera hemos concluido el cableado en general de este proyecto,

solamente hace falta introducir los parámetros al variador, según la placa del motor y

el funcionamiento que se desee que realice. A continuación se muestra una imagen

con la conexión en general del variador para tener una mayor comprensión.

Fig. 3.8 Conexión general del variador.

3.9 Conexión general A continuación se muestra una imagen de cómo quedó el cableado y las

piezas colocadas dentro de la caja ahí, se puede apreciar el PLC Micrologix 1000, el

sensor de corriente, el contactor arriba de la caja se encuentra la torreta y a un lado

los contactos donde se conectarán las pistolas de calor.

Fig.3.9 Cableado general.

1. 3.10 Diagrama de escalera del programa

A continuación se muestra el diagrama de escalera, el cual se descargará en

el PLC para poder correr el programa con éxito. Aquí se puede observar que al

principio estará encendida la banda y la luz ámbar, si la luz roja se acciona se

detiene la banda porque el contacto O:0/3 se abrirá, como se puede ver en el

renglón 4.

Fig. 3.10 Diagrama de escalera.

3.11 Montaje dentro de la celda de producción

Una vez introducido todos los parámetros el proyecto queda finalizado,

solamente hace falta conectar las pistolas de calor y descargar el programa al PLC,

así lucirá una vez instalado en la línea de producción.

1.Fig. 3.11 Montaje en la línea de producción.

1. 3.12 Funcionamiento

Cuando la banda este avanzando estará prendida la luz ámbar, una vez que

el sensor difuso banner detecte el estator mandará activar las pistolas de calor, se

apagará la luz ámbar y mientras las pistolas estén prendidas estará prendida la luz

verde, al momento de apagarse las pistolas se apagará la luz verde y se volverá a

encender la luz ámbar.

Si llega haber un problema en el proceso, por ejemplo que se supere la

corriente, que una pistola deje de funcionar o que no esté conectada una pistola este

proceso se pondrá en faul y se detendrá la banda, se encenderá únicamente la luz

roja, hasta que se arregle el problema. En caso de que haya una sobre corriente el

sensor ECS01E2S la detectará y se protegerá abriendo su contacto.

4. Resultado

1. El procedimiento y desempeño del trabajo aumentó

considerablemente, además de ahorrar tiempo en su proceso, ahora la

calidad del producto es mayor y se tiene cada vez menos rechazos por

parte de calidad, manteniendo estos resultados el producto realizado

estará incrementando periódicamente el nivel de satisfacción del cliente.

5. Conclusiones 1. Se terminó satisfactoriamente el proyecto y se implementó en el área, este

proyecto puede ayudar a cualquier empresa donde exista un proceso similar. En realidad

este proyecto puede ser económico ya que son componentes comunes que puede tener la

empresa. El personal de la celda donde se colocó el proyecto ahora está trabajando de una

manera segura y más rápida, ya que no tiene por qué preocuparse de que en algún proceso

más adelante se regrese el estator por no pasar alguna prueba de calidad, si alguna de las

pistolas se llega a dañar se puede mandar arreglar o checarla y comprar la parte que haga

falta y repararla.

6. Recomendaciones

Se recomienda tener dos pistolas de calor extra por si llega a fallar una de las

que se coloquen, este sistema cuenta con un poka-yoke si una de las dos pistolas

falla se pone en modo faul, y se detiene la banda, otra recomendación es darle

mantenimiento cada 2 semanas mínimo para que tengan un mejor rendimiento,

revise si el sensor de corriente está funcionando adecuadamente de lo contrario las

pistolas podrían superar la corriente y se podrían estar dañando seguido. Y la

recomendación más importante es tener cuidado al alimentar el variador, ya que

funciona con 480 VAC, coloque los tornillos adecuadamente y no deje algún cable

sin aislante, evite accidentes.

7. Bibliografía

Berjanon Zanón, Enrique, 2003. Sensores: conceptos y características. Editorial de

la UPV.

Bolton, W, 1992. PLC programmable logic controllers. Industrial technoligy institute,

Universidad estatal de Pensilvania.

Alcalde San Miguel, Pablo. 2008 Electrónica general Editorial Paraninfo, segunda

edición.

8. Glosario

Actuador: Es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica,

neumática o eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un

efecto sobre un proceso automatizado.

Automatismos: El movimiento o actividad propios de un mecanismo

automático o un autómata.

Fototransistor: Se llama fototransistor a un transistor sensible a la luz,

normalmente a los infrarrojos. La luz incide sobre la región de base, generando

portadores en ella. Esta carga de base lleva el transistor al estado de conducción.

Relés: Dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado

por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se

acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros

circuitos eléctricos independientes.

Termopar: Es un transductor formado por la unión de dos metales distintos

que produce un voltaje (efecto Seebeck), que es función de la diferencia de

temperatura entre uno de los extremos denominado "punto caliente" o unión caliente

o de medida y el otro denominado "punto frío" o unión fría o de referencia.

Transductor: Es un dispositivo capaz de transformar o convertir un

determinado tipo de energía de entrada, en otra de diferente a la salida.

Transistor: Es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones

de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" es la

contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia").

Tubbing: Material que sirve como aislante para los cables que al someterle

calor reduce su tamaño y se adhiere al material colocado.

9. Listado de figuras Fig. 2.1 Tipos de

PLC........................................................................................................................8

Fig. 2.2 Partes de un PLC (SLC).....................................................................................10Fig. 2.3 Entradas y salidas de un PLC Micrologix 1000.................................................12Fig. 2.4 Diagrama de contactos o de escalera (KOP).....................................................14Fig. 2.5 Sistema de control de lazo abierto.....................................................................15Fig. 2.6 Sistema de control de lazo cerrado....................................................................16

Fig. 2.7 Sensor reflex.............................................................................................18Fig. 2.8 Contactor.........................................................................................20

Fig. 2.9 Variadores de frecuencia..........................................................................22Fig. 2.10 Diagrama del variador de frecuencia.....................................................24Fig. 2.11 Edición de parametros.............................................................................26Fig. 2.12 Bloque de terminales de control...............................................................27Fig. 2.13 Teclado integral......................................................................................29Fig. 3.1 Caja con vista de perforaciones..............................................................38

Fig. 3.2 Vista frontal dentro de la caja....................................................................39Fig. 3.3 Conexión de entradas del PLC......................................................................41

Fig. 3.4 Conexión de salidas del PLC.............................................................................43Fig. 3.5 Conexión del contactor.......................................................................................44

Fig 3.6 Bloque de terminales de potencia...............................................................45Fig. 3.7 Conexión de potencia del variador.....................................................................46Fig. 3.8 Conexión general del variador.......................................................................... ..48Fig. 3.9 Cableado general.............................................................................................. 49Fig. 3.10 Diagrama de escalera............................................................................ ..........50Fig. 3.11 Montaje dentro de la celda de producción....................................................... 51

10. Listado de Tablas Tabla 2.1 Terminales de control..................................................................28

Tabla 2.2 Parametros del grupo de visualizacion...............................................31Tabla 2.3 Parametros del grupo de programacion basica................................32

Tabla 2.4 Parametros del grupo avanzado.........................................................33Tabla 2.5 Codigo de fallos................................................................................35

1. 2.8.7 Parámetros del grupo avanzado

Tabla 2.4 Parámetros del grupo avanzado.