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TITULO: AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
OBJETIVO GENERAL: PROPONER LA AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN
DE ALUMINIO; INTEGRANDO LAS ÁREAS DE
CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLC).
CONTENIDO GENERAL:
• INTRODUCCIÓN.
• CAPITULO I: INFORMACIÓN TEÓRICA PARA LA AUTOMATIZACIÓN
DEL PROCESO
• CAPITULO II: DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE EXTRUSIÓN
• CAPITULO III: EQUIPO PROPUESTO PARA LA AUTOMATIZACIÓN DEL
PROCESO
• CAPITULO IV: INTEGRACIÓN DE EQUIPOS Y ACCESORIOS
• CAPITULO V: COSTO DEL PROYECTO
• CONCLUSIONES
INTEGRANTES: VICTOR JUAREZ LÓPEZ
ASESOR ESCOLAR: ING. LUIS ENRIQUE MURILLO
HOJA DE AGUA
: AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
: PROPONER LA AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN
DE ALUMINIO; INTEGRANDO LAS ÁREAS DE ELECTRICIDAD, NEUMÁTICA, HIDRÁULICA Y
CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLC).
CAPITULO I: INFORMACIÓN TEÓRICA PARA LA AUTOMATIZACIÓN
CAPITULO II: DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE EXTRUSIÓN
QUIPO PROPUESTO PARA LA AUTOMATIZACIÓN DEL
CAPITULO IV: INTEGRACIÓN DE EQUIPOS Y ACCESORIOS
CAPITULO V: COSTO DEL PROYECTO
VICTOR JUAREZ LÓPEZ
LUIS ENRIQUE MURILLO YAÑEZ
: AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
: PROPONER LA AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN
ELECTRICIDAD, NEUMÁTICA, HIDRÁULICA Y
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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ÍNDICE
Pág.
Objetivo general
3
Antecedentes
3
Justificación
4
Capitulo 1. Propuesta teórica para la automatización del proceso 5
1.1 Marco Teórico 5
1.1.1 Neumática 5
1.1.2 Hidráulica 5
1.1.3 Mecánica de fluidos 5
1.1.4 Bombas 6
1.1.5 Motor eléctrico 6
1.1.6 Electroválvulas 6
1.1.7 PLC 9
1.2 Introducción al proceso de extrusión 18
1.2.1 Designación 19
1.2.2 Usos y aplicaciones 19
1.2.3 Historia del arte
20
Capitulo 2. Descripción del proceso de extrusión 21
2.1 Definición, componentes y condiciones 21
2.1.1 Definición 21
2.1.2 Componentes del proceso 22
2.1.3 Condiciones y consideraciones para el proceso 27
2.2 Proceso secuencial
29
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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Capitulo 3. Equipo sugerido para la automatización 32
3.1 Equipo Utilizado 32
3.1.1 Microswitch 32
3.1.2 Electroválvulas 4/2 32
3.1.3 Motor Western Electric 33
3.1.4 Push Botón 33
3.1.5 Pistones Hidráulicos 34
3.1.6 Generador de chispa 34
3.1.7 PLC
35
Capitulo 4. Integración de equipos y accesorios 38
4.1 Etapa 1 del proceso 38
4.2 Etapa 2 del proceso 40
4.3 Etapa 3 del proceso 42
4.4 Etapa 4 del proceso
43
Capitulo 5. Costo del proyecto 44
5.1 Costo del equipo 44
5.2 Costo de diseño 45
5.3 Costo de la instalación 46
5.4 Costo total del proyecto
47
Conclusiones
48
Bibliografía 49
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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OBJETIVO GENERAL: Proponer la automatización de un proceso de
extrusión de aluminio; integrando las áreas de electricidad, neumática, hidráulica y
controladores lógicos programables (PLC).
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
• Diseñar el programa que ejecutará el PLC para la automatización del proceso
de extrusión.
• Ofrecer un sistema muy versátil capas de adecuarse a las necesidades del
cliente.
• Rediseñar el sistema adecuándolo a las características particulares del cliente.
• Proponer un sistema eficiente y de bajo costo.
ANTECEDENTES
La maquina hidráulica se encarga de producir diferentes perfiles al día de
aluminio, el sistema funciona manualmente lo que ocasiona diferentes
problemas; los cuales se presentan a continuación:
• La prensa no se detiene; sino hasta terminar con su recorrido, por lo que es
conveniente para en cualquier momento, en caso de tener un desperfecto o
incidente.
• En ocasiones no se logra el control adecuado de las temperaturas, tanto en
horno de precalentado, contenedor y/o horno de dados.
• Una mala alineación de la “nariz” de la prensa, el contenedor y el dado.
• La presión no es la adecuada entre el contenedor y el dado; ocasionando lo
que comúnmente se conoce como “palomas”.
• Accidentes ocasionados a los trabajadores; ya que todo el proceso es manual
y no se tiene ningún control sobre “la carrera “de la prensa.
• La idea de automatizar el proceso de extruido se refiere a la mala calidad del
perfil.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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JUSTIFICACIÓN
A todos los problemas anteriores se les pretende dar solución con la
automatización del proceso; esto tiene diferentes objetivos específicos, como
son los siguientes:
• Proponer un sistema eficiente y de bajo costo.
• Principalmente se pretende eliminar accidentes a los trabajadores.
• Mejorar la calidad de los productos y la producción de los mismos.
• Evitar tiempos de paro prolongados por incidentes y fallas técnicas.
• Tener control en cada paso del proceso; además de ponerse en Stand by la
prensa a la mitad de su recorrido en caso de ser necesario.
• Eliminar las “telarañas” de cables que existen actualmente, ya que estas
ocasionar cortos circuitos. Además de implementar un mantenimiento de tipo
predictivo y preventivo.
ALCANCE
Este trabajo está enfocado a proponer un sistema automático el cual
involucre diferentes áreas de ingeniería; las cuales en conjunto den el
resultado la integración de estos, no solo para este proceso, sino para aquellos
que involucren áreas a tratar en el presente trabajo. De esta forma se pretende
dar a conocer los conceptos básicos, para realizar proyectos que tengan como
fin, mejorar la producción de un proceso. Las conceptos son referidos a las
áreas de neumática, hidráulica, electricidad y controladores lógicos
programables.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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CAPITULO 1: INFORMACION TEÓRICA PARA LA AUTOMATIZACIÓN DEL
PROCESO
1.1 MARCO TEÓRICO
Neumática: La neumática es la tecnología que emplea el aire comprimido
como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar
mecanismos. El aire es un material elástico y por tanto, al aplicarle una fuerza, se
comprime, mantiene esta compresión y devolverá la energía acumulada cuando
se le permita expandirse, según la ley de los gases ideales.
Hidráulica: Aplicación de la mecánica de fluidos en ingeniería, para construir
dispositivos que funcionan con líquidos, por lo general agua o aceite. La hidráulica
resuelve problemas como el flujo de fluidos por conductos o canales abiertos y el
diseño de presas de embalse, bombas y turbinas. En otros dispositivos como
boquillas, válvulas, surtidores y medidores se encarga del control y utilización de
líquidos.
Mecánica de fluidos: Parte de la Física que se ocupa de la acción de los
fluidos en reposo o en movimiento, así como de las aplicaciones y mecanismos de
ingeniería que utilizan fluidos. La mecánica de fluidos es fundamental en campos
tan diversos como la aeronáutica, la ingeniería química, civil e industrial, la
meteorología, las construcciones navales y la oceanografía. La mecánica de
fluidos puede subdividirse en dos campos principales: la estática de fluidos, o
hidrostática, que se ocupa de fluidos en reposo, y la dinámica de fluidos, que trata
de fluidos en movimiento. El término de hidrodinámica se aplica al flujo de líquidos
o al flujo de los gases a baja velocidad, en el que puede considerarse que el gas
es esencialmente incompresible. La aerodinámica, o dinámica de gases, se ocupa
del comportamiento de los gases cuando los cambios de velocidad y presión son
suficientemente grandes para que sea necesario incluir los efectos de
compresibilidad. Entre las aplicaciones de la mecánica de fluidos están la
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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propulsión a chorro, las turbinas, los compresores y las bombas. La hidráulica
estudia la utilización en ingeniería de la presión del agua o del aceite.
Bombas: Dispositivo empleado para elevar, transferir o comprimir líquidos y
gases. En la mayoría de ellas se toman medidas para evitar la cavitación
(formación de un vacío), que reduciría el flujo y dañaría la estructura de la bomba.
Las bombas empleadas para gases y vapores suelen llamarse compresores.
Motor eléctrico: Es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica
en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de
los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en
energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de
tracción usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa
con frenos regenerativos.
Electroválvulas: Una electroválvula es un dispositivo diseñado para
controlar el flujo de un fluido a través de un conducto como puede ser una tubería.
Una electroválvula solamente tiene dos estados, abierto y cerrado, y no sirve para
modular el flujo.
Una electroválvula tiene dos partes fundamentales: el solenoide y la válvula.
El solenoide convierte energía eléctrica en energía mecánica para activar la
válvula.
Existen varios tipos de electroválvulas. En algunas electroválvulas el
solenoide actúa directamente sobre la válvula proporcionando toda la energía
necesaria para su movimiento. Es común que la válvula se mantenga cerrada por
la acción de un muelle y que el solenoide la abra venciendo la fuerza del muelle.
Esto quiere decir que el solenoide debe estar activado y consumiendo potencia
mientras la válvula deba estar abierta.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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También es posible construir electroválvulas biestables que usan un
solenoide para abrir la válvula y otro para cerrar o bien un solo solenoide que abre
con un impulso y cierra con el siguiente. Las electroválvulas pueden ser cerradas
en reposo o normalmente cerradas lo cual quiere decir que cuando falla la
alimentación eléctrica quedan cerradas o bien pueden ser del tipo abiertas en
reposo o normalmente abiertas que quedan abiertas cuando no hay alimentación.
Hay electroválvulas que en lugar de abrir y cerrar lo que hacen es conmutar la
entrada entre dos salidas.
Este tipo de electroválvulas a menudo se usan en los sistemas de
calefacción por zonas lo que permite calentar varias zonas de forma independiente
utilizando una sola bomba de circulación.
A- Entrada B- Diafragma C- Cámara de presión D- Conducto de vaciado de presión E- Solenoide F- Salida
Figura 1: diagrama de una electroválvula
En la figura 1 el funcionamiento es el siguiente. En la parte superior vemos
la válvula cerrada. El agua bajo presión entra por A. B es un diafragma elástico y
tiene encima un muelle que le empuja hacia abajo con fuerza débil. La función de
este muelle no nos interesa por ahora y lo ignoramos ya que la válvula no
depende de él para mantenerse cerrada. El diafragma tiene un diminuto orificio en
el centro que permite el paso de un pequeño flujo de agua. Esto hace que el agua
llene la cavidad C y que la presión sea igual en ambos lados del diafragma.
Mientras que la presión es igual a ambos lados, vemos que actúa en más
superficie por el lado de arriba que por el de abajo por lo que presiona hacia abajo
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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sellando la entrada. Cuanto mayor sea la presión de entrada, mayor será la fuerza
con que cierra la válvula.
Ahora estudiamos el conducto D. Hasta ahora estaba bloqueado por el
núcleo del solenoide E al que un muelle empuja hacia abajo. Si se activa el
solenoide, el núcleo sube y permite pasar el agua desde la cavidad C hacia la
salida con lo cual disminuye la presión en C y el diafragma se levanta permitiendo
el paso directo de agua desde la entrada A a la salida F de la válvula. Esta es la
situación representada en la parte inferior de la figura.
Si se vuelve a desactivar el solenoide se vuelve a bloquear el conducto D y
el muelle situado sobre el diafragma necesita muy poca fuerza para que vuelva a
bajar ya que la fuerza principal la hace el propio fluido en la cavidad C.
De esta explicación se deduce que este tipo de válvula depende para su
funcionamiento de que haya mayor presión a la entrada que a la salida y que si se
invierte esta situación entonces la válvula abre sin que el solenoide pueda
controlarla.
Este tipo de válvulas se utilizan muy comúnmente en lavadoras, lavaplatos,
riegos y otros usos similares. Un caso especialmente interesante del uso de estas
válvulas es en los calentadores de agua de depósito. En los calentadores de agua
de demanda, el agua se calienta según va pasando por el calentador en el
momento del consumo y es la propia presión del agua la que abre la válvula del
gas pero en los calentadores de depósito esto no es posible ya que el agua se
calienta mientras está almacenada en un depósito y no hay circulación. Para evitar
la necesidad de suministrar energía eléctrica la válvula del gas es una válvula de
este tipo con la válvula piloto controlada por un diminuto solenoide al que
suministra energía un termopar bimetálico que saca energía del calor del agua.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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PLC (Programable logic controller): 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.
Historia
Los PLC fueron introducidos a fines de los años 60’s la razón de su aparición
fue la necesidad de eliminar los complicados y costosos sistemas de control de
maquinas basados en relés. Bedford Associates propuso algo llamado Controlador
Modular Digital (MODICON) a la General Motors. Al mismo tiempo otras
compañías propusieron esquemas basados en computadoras, uno de los cuales
fue PDP-8. El MODICON 084 llego a ser el primer PLC en producción a escala
comercial.
Cuando hay cambios en los requerimientos de producción estos involucran al
sistema de control. Estas modificaciones llegan a ser muy caras si los cambios
requeridos son frecuentes. Debido a que los relés son aparatos mecánicos, estos
tienen una vida limitada que obliga a apegarse a estrictos programas de
mantención. El encontrar las fallas en uno de estos sistemas es una tarea
bastante tediosa cuando involucra una cantidad importante de relés.
Estos nuevos controladores debían ser fáciles de programar por los
ingenieros de mantención o de planta. También ser capaces de funcionar en los
agresivos ambientes industriales. La forma de usar esto fue usar técnicas de
programación con las que los programadores estaban familiarizados y remplazar
los relés mecánicos con elementos electrónicos de estado sólido.
A mediados de los 70’s los PLC comenzaron a tener habilidades de
comunicación. El primer sistema de comunicación fue el MODBUS de MODICON.
Ahora los controladores se podían comunicar entre si para coordinar el accionar
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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de un conjunto de maquinas. También se les agregaron capacidades de transmitir
y recibir voltajes variables que le permiten recibir señales análogas.
Infortunadamente la carencia de estandarización en estos sistemas unido a los
continuos cambios de tecnología convirtió las comunicaciones de PLC en una
pesadilla de protocolos y redes físicas lo que origino la decadencia de su
aplicación.
Durante los años 80’s se aprecio un intento por estandarizar las
comunicaciones con el protocolo de automatización de la manufactura de la
General Motors (MAP). Al mismo tiempo se tendió a la miniaturización de los
equipos y la utilización de lenguajes simbólicos de programación en computadoras
personales o programadoras portátiles. Hoy en día los PLC más pequeños son del
tamaño de un solo relé.
En los 90’s se ha visto una reducción gradual en la introducción de
protocolos nuevos y la modernización de las capas físicas de algunos de los
protocolos más populares que sobrevivieron a los años 80’s. El último estándar ha
tratado de reunir los lenguajes de los PLC bajo un estándar internacional único.
Ahora se cuenta con controladores programables en función de diagramas de
bloques, lista de instrucciones lenguaje de programación C, o texto estructurado,
todo al mismo tiempo también se ha visto que se están introduciendo
computadoras personales para remplazar en algunas aplicaciones específicas de
los PLC. Es el caso de la General Motors, que ha llevado sus sistemas a control
basado en computadoras.
Funciones básicas de un PLC
Detección: Lectura de la señal de los captadores distribuidos por el sistema de
fabricación.
Mando: Elaborar y enviar las acciones al sistema mediante los accionadores y pre-
accionadores.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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Dialogo hombre maquina: Mantener un diálogo con los operarios de producción,
obedeciendo sus consignas e informando del estado del proceso.
Programación: Para introducir, elaborar y cambiar el programa de aplicación del
autómata. El dialogo de programación debe permitir modificar el programa incluso
con el autómata controlando la maquina
Sistemas de supervisión: También los autómatas permiten comunicarse con
ordenadores provistos de programas de supervisión industrial. Esta comunicación
se realiza por una red industrial o por medio de una simple conexión por el puerto
serie del ordenador.
Control de procesos continuos: Además de dedicarse al control de sistemas de
eventos discretos los autómatas llevan incorporadas funciones que permiten el
control de procesos continuos. Disponen de módulos de entrada y salida
analógicas y la posibilidad de ejecutar reguladores PID que están programados en
el autómata.
Entradas- Salidas distribuidas: Los módulos de entrada salida no tienen porqué
estar en el armario del autómata. Pueden estar distribuidos por la instalación, se
comunican con la unidad central del autómata mediante un cable de red.
Buses de campo: Mediante un solo cable de comunicación se pueden conectar al
bus captadores y accionadores, reemplazando al cableado tradicional. El
autómata consulta cíclicamente el estado de los captadores y actualiza el estado
de los accionadores.
Estructura Interna
El autómata está constituido por diferentes elementos, pero tres son los
básicos:
• CPU
• Entradas
• Salidas
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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• Fuentes de alimentación
• Interfaces
• La unidad o consola de programación
• Los dispositivos periféricos
La CPU (Central Procesing Unit) es la parte inteligente del sistema. Interpreta
las instrucciones del programa de usuario y consulta el estado de las entradas.
Dependiendo de dichos estados y del programa, ordena la activación de las
salidas deseadas. La CPU está constituida por los siguientes elementos:
• Procesador
• Memoria monitor del sistema
• Circuitos auxiliares
Funciones de la CPU básicas
En la memoria ROM del sistema, el fabricante ha grabado una serie de
programas ejecutivos, software del sistema y es a estos programas a los que
accederá el µp para realizar las funciones. El software del sistema de cualquier
autómata consta de una serie de funciones básicas que realiza en determinados
tiempos de cada ciclo.
En general cada autómata contiene y realiza las siguientes funciones:
• Vigilar que el tiempo de ejecución del programa de usuario no exceda de un
determinado tiempo máximo. A esta función se le denomina Watchdog.
• Ejecutar el programa usuario.
• Crear una imagen de las entradas, ya que el programa de usuario no debe
acceder directamente a dichas entradas
• Renovar el estado de las salidas en función de la imagen de las mismas,
obtenida al final del ciclo de ejecución del programa usuario.
• Chequeo del sistema.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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Fuente de Alimentación
La fuente de alimentación proporciona las tensiones necesarias para el
funcionamiento de los distintos circuitos del sistema. La alimentación a la CPU
puede ser de continua a 24 Vcc, tensión muy frecuente en cuadros de distribución,
o en alterna a 110/220 Vca. En cualquier caso es la propia CPU la que alimenta
las interfaces conectadas a través del bus interno. La alimentación a los circuitos
E/S puede realizarse, según tipos, en alterna a 48/110/220 Vca o en continua a
12/24/48 Vcc. La fuente de alimentación del autómata puede incorporar una
batería tampón, que se utiliza para el mantenimiento de algunas posiciones
internas y del programa usuario en memoria RAM, cuando falla la alimentación o
se apaga el autómata.
Interfaces
En el control de un proceso automatizado, es imprescindible un dialogo entre
operador-máquina junto con una comunicación entre la máquina y el autómata,
estas comunicaciones se establecerán por medio del conjunto de entradas y
salidas del citado elemento. Los autómatas son capaces de manejar tensiones y
corrientes de nivel industrial, gracias a que disponen un bloque de circuitos de
interfaz de E/S muy potente, que les permite conectarse directamente con los
sensores y accionamientos del proceso. De entre todos los tipos de interfaces que
existen, las interfaces específicas permiten la conexión con elementos muy
concretos del proceso de automatización. Se pueden distinguir entre ellas tres
grupos bien diferenciados:
• Entradas / salidas especiales.
• Entradas / salidas inteligentes.
• Procesadores periféricos inteligentes.
Las interfaces especiales del primer grupo se caracterizan por no influir en
las variables de estado del proceso de automatización. Únicamente se encargan
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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de adecuar las E/S, para que puedan ser inteligibles por la CPU, si son entradas, o
para que puedan ser interpretadas correctamente por actuadores (motores,
cilindros, etc.), en el caso de las salidas. Las del segundo grupo admiten múltiples
modos de configuración, por medio de unas combinaciones binarias situadas en la
misma tarjeta. De esta forma se descarga de trabajo a la unidad central, con las
ventajas que conlleva. Los procesadores periféricos inteligentes, son módulos que
incluyen su propio procesador, memorias y puntos auxiliares de entrada / salida.
Estos procesadores contienen en origen un programa especializado en la
ejecución de una tarea concreta, a la que le basta conocer los puntos de consigna
y los parámetros de aplicación para ejecutar, de forma autónoma e independiente
de la CPU principal, el programa de control.
Unidad de Programación
Es el conjunto de medios, hardware y software mediante los cuales el
programador introduce y depura sobre las secuencias de instrucciones (en uno u
otro lenguaje) que constituyen el programa a ejecutar.
Entradas y Salidas
La sección de entradas mediante el interfaz, adapta y codifica de forma
comprensible para la CPU las señales procedentes de los dispositivos de entrada
o captadores. Hay dos tipos de entradas:
• Entradas digitales
• Entradas analógicas
La sección de salida también mediante interfaz trabaja de forma inversa a las
entradas, es decir, decodifica las señales procedentes de la CPU, y las amplifica y
manda con ellas los dispositivos de salida o actuadores como lámparas, relés.
También existen unos interfaces de adaptación a las salidas de protección de
circuitos internos. Hay dos tipos de salidas:
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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• Salidas digitales
• Salidas analógicas
Entradas digitales
Los módulos de entrada digitales permiten conectar al autómata captador de
tipo, todo o nada como finales de carrera pulsadores... Los módulos de entrada
digitales trabajan con señales de tensión, por ejemplo cuando por una vía llegan
24 voltios se interpreta como un "1" y cuando llegan cero voltios se interpreta
como un "0" El proceso de adquisición de la señal digital consta de varias etapas.
• Protección contra sobretensiones
• Filtrado
• Puesta en forma de la onda
• Aislamiento galvánico o por opto acoplador.
Entradas analógicas
Los módulos de entrada analógicas permiten que los autómatas
programables trabajen con accionadores de mando analógico y lean señales de
tipo analógico como pueden ser la temperatura, la presión o el caudal.
Los módulos de entradas analógicas convierten una magnitud analógica en
un número que se deposita en una variable interna del autómata. Lo que realiza es
una conversión A/D, puesto que el autómata solo trabajar con señales digitales.
Esta conversión se realiza con una precisión o resolución determinada (numero de
bits) y cada cierto intervalo de tiempo (periodo muestreo). Los módulos de entrada
analógica pueden leer tensión o intensidad. El proceso de adquisición de la señal
analógica consta de varias etapas:
• Filtrado
• Conversión A/D
• Memoria interna
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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Salidas digitales
Un módulo de salida digital permite al autómata programable actuar sobre los
pre-accionadores y accionadores que admitan ordenes de tipo todo o nada. El
valor binario de las salidas digitales se convierte en la apertura o cierre de un relé
interno del autómata en el caso de módulos de salidas a relé. En los módulos
estáticos (bornero), los elementos que conmutan son los componentes
electrónicos como transistores o triacs, y en los módulos electromecánicos son
contactos de relés internos al módulo. Los módulos de salidas estáticos al
suministrar tensión, solo pueden actuar sobre elementos que trabajan todos a la
misma tensión, en cambio los módulos de salida electromecánicos, al ser libres de
tensión, pueden actuar sobre elementos que trabajen a tensiones distintas. El
proceso de envío de la señal digital consta de varias etapas:
Memoria
Es el almacén donde el autómata guarda todo cuanto necesita para ejecutar
la tarea de control.
Datos del proceso:
• Señales de planta, entradas y salidas.
• Variables internas, de bit y de palabra.
• Datos alfanuméricos y constantes.
• Datos de control:
• Instrucciones de usuario (programa)
• Configuración del autómata (modo de funcionamiento, número de e/s
conectadas, ...)
Programación
El sistema de programación permite, mediante las instrucciones del
autómata, confeccionar el programa de usuario. Posteriormente el programa
realizado, se trasfiere a la memoria de programa de usuario. Una memoria típica
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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permite almacenar como mínimo hasta mil instrucciones con datos de bit, y es del
tipo lectura/escritura, permitiendo la modificación del programa cuantas veces sea
necesario. Tiene una batería tampón para mantener el programa si falla la tensión
de alimentación. La programación del autómata consiste en el establecimiento de
una sucesión ordenada de instrucciones, escritas en un lenguaje de programación
concreto. Estas instrucciones están disponibles en el sistema de programación y
resuelven el control de un proceso determinado.
Grafcet
Surge en Francia a mediados de los años 70, debido a la colaboración de
algunos fabricantes de autómatas, como Telemecanique y Aper con dos
organismos oficiales, AFCET (Asociación francesa para la cibernética, economía y
técnica) y ADEPA (Agencia nacional para el desarrollo de la producción
automatizada). Homologado en Francia, Alemania, y posteriormente por la
comisión Electrónica Internacional (IEC 848, año 1988). Actualmente es una
herramienta imprescindible cuando se trata de automatizar procesos secuenciales
de cierta complejidad con autómatas programables. El GRAFCET es un diagrama
funcional que describe la evolución del proceso que se quiere automatizar. Está
definido por unos elementos gráficos y unas reglas de evolución que reflejan la
dinámica del comportamiento del sistema. Todo automatismo secuencial o
concurrente se puede estructurar en una serie de etapas que representan estados
o subestados del sistema en los cuales se realiza una o más acciones, así como
transiciones, que son las condiciones que deben darse para pasar de una etapa a
otra.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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1.2 INTRODUCCIÓN AL PROCESO DE EXTRUSIÓN
El proceso comienza con el precalentamiento del material (lingotes). Un
“tocho” se carga dentro del contenedor caliente, normalmente entre 450ºC y
500ºC. Momentáneamente, se vuelve suficientemente plástico bajo presión y
calor. Una prensa hidráulica, aplica fuerza para hacer fluir el aluminio a través del
troquel y para luego ser estirado y aserrado a los largos determinados. Si son
requeridas mejores propiedades entonces este puede ser tratado mediante calor.
(T5, T6, etc.). Ver Figura 2.
El término “extrusión” se suele aplicar tanto al proceso como al producto
obtenido cuando un lingote cilíndrico caliente de aluminio (llamado tocho) pasa a
través de una matriz con la forma adecuada (extrusión directa o hacia delante, ver
Figura).
Figura 2: Esquema de la extrusión directa
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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Designación
Los perfiles producidos por extrusión con aleaciones de aluminio 6061 (Al,
Cr, Cu, Mg, Si), 6063 (Al, Mg, Si) y 7075 (Al, Cu, Cr, Mg, Zn). Pueden ser tratados
térmicamente en hornos especiales para obtener temples estables. La designación
de este proceso es la letra T seguida de uno o más dígitos que indican
variaciones en el tratamiento que alteran significativamente las características del
producto. Estas aleaciones requieren un tratamiento térmico a temperaturas
medias para producir las resistencias máximas.
Usos y aplicaciones
Entre sus usos se encuentra el sector de la electricidad y la comunicación,
siendo actualmente el aluminio una de las formas más económicas de transportar
electricidad de forma más eficiente que el cobre. También se usa en las antenas
para televisores y satélites. En el sector transporte, se usa en la industria
automovilística, tanto por razones ecológicas como económicas. Actualmente, se
fabrican en aluminio, sobre todo piezas fundidas y perfiles de extrusión, como
pistones, ruedas, cajas de transmisión, conjuntos de suspensión, radiadores, y
estructuras o carrocerías. Para los envases las aplicaciones son múltiples y
abarcan desde la fabricación de latas, el papel de envolver, la capa intermedia de
envases de cartón "tetra pack" y hasta láminas para cerrar yogures,
medicamentos, etc. Las ventajas: protegen el contenido durante largos periodos,
son muy ligeras, son difíciles de romper, presentan una gran comodidad de
manejo y ocupan muy poco espacio. Y lo más importante: son cien por ciento
reciclables.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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Figurara 3: Derecha: dado con el perfil a extruir Izquierda: Perfiles extruidos
Historia del arte
En 1797, Joseph Braman patentó el primer proceso de extrusión para hacer
un tubo de plomo. Esta consistía en el precalentamiento del metal y pasarlo por un
troquel mediante un émbolo a mano. El proceso no fue desarrollado hasta 1820
cuando Thomas Burr construyó la primera prensa hidráulica. Hasta ese momento
el proceso se llamó squirting. En 1894 Alexander Dick expandió el proceso de
extrusión al cobre y aleaciones de bronce. En 1950 Ugine Séjournet de Francia,
inventó un proceso el cual usaba cristal como lubricante para extruir acero. El
proceso Ugine-Sejournet o Sejournet es ahora usado en otros materiales que
tienen temperatura de fusión mayor que el acero o que requiere un limitado rango
de temperatura su extrusión. El proceso comienza por el calentamiento del
material a la temperatura de extrusión y entonces es enrollado en polvo de cristal.
El cristal se funde y forma una fina capa que actúa como lubricante. Un espero
anillo de cristal solido con 0.25 a 0.75, (6 a 18 mm) de espesor es ubicado en la
cámara sobre el troquel para lubricar la extrusión mientras es forzado a pasar por
el troquel. Una segunda ventaja del anillo de cristal es la habilidad de aislar el
calor de la barra del troquel. La extrusión tendrá una capa de cristal de 1 mil de
espesor, la que puede ser fácilmente quitada cuando se enfría.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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CAPITULO 2. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE EXTRUSIÓN.
2.1 DEFINICIÓN, COMPONENTES Y CONDICIONES
Definición
La extrusión es un proceso de deformación plástica en el cual un bloque de
metal (tocho) es forzado a fluir por compresión a través de las aberturas de la
matriz, por una sección inferior a la original. El proceso de extrusión comienza con
el corte del tocho a partir de un lingote de aluminio aleado (habitualmente entre 5 y
6 metros de longitud y sección circular). El tocho antes de llevarlo a la prensa,
debe estar a una temperatura entre 350 y 400 ºC dependiendo del tipo de aleación
y perfil que se esté extruyendo. A continuación se introduce dentro del contenedor
(entre 400 y 480ºC) el cual sella contra la matriz, y se aplica una presión mediante
un vástago que transmite la fuerza de una prensa hidráulica. Dicha presión hará
que el aluminio fluya a través del molde de acero, denominado matriz. El perfil sale
de la matriz a una velocidad entre 5 y 20 metros por minuto, alcanzando una
longitud entre 10 y 30 metros. Inmediatamente después de salir de la matriz, el
perfil debe enfriarse rápidamente, bien por aire forzado o bien por agua,
dependiendo de los elementos que compongan cada aleación. El siguiente
proceso es un estirado mediante dos mordazas situados en los extremos del perfil,
y que debe realizarse cuando el aluminio ya está a una baja temperatura.
Posteriormente las barras se cortan a la medida solicitada por el cliente, pasando
finalmente a un proceso de tratamiento térmico, el cual conseguirá que el aluminio
alcance las propiedades mecánicas en función de aleación y tipo de tratamiento.
Los productos extruidos de aluminio, son conocidos como "perfiles". Los lingotes
se encuentran disponibles en variados tamaños, aleaciones, tratamientos térmicos
y dimensiones, dependiendo de los requerimientos del usuario.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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Figura 4:
Componentes del proceso
El proceso de extrusión se caracteriza por hacer pasar a presión el aluminio
a través de una matriz para obtener el perfil deseado. Esto es posible tras haber
calentado los tochos a utilizar y haberles aplicado una presión de 500 a 700 MPa
(equivalente a la presión registrada en el fondo de un tanque de agua de unos
60km de altura). El metal es impulsado dentro de la prensa y forzado a salir por la
matriz, obteniéndose así, el perfil extruido.
La prensa de extrusión
La prensa genera la fuerza necesaria para forzar el paso del aluminio
precalentado a través de la matriz. Consiste fundamentalmente en:
• Un depósito donde se aloja el tocho a ser extruido
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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• El cilindro principal (nariz de la prensa) que empuja el tocho contra el panel
frontal.
• Un panel frontal (porta matriz) que aloja la matriz.
• La matriz, por donde sale el aluminio extruido y que le imprime la forma final
al perfil.
Sistema para el control y detección de temperatura en el proceso de
extrusión.
En todo el proceso de extrusión del aluminio, se debe de mantener los
rangos específicos de la temperatura que conlleva cada etapa del proceso, es por
ello que se procede a la colocación de sensores para el control, detección y
manipulación de las mismas a considerar.
Sensores para el horno de precalentado
Proporciona una medida de temperatura continua y precisa dentro del horno,
a todo el lingote, antes de cortar un tocho y pasar a la prensa de extrusión.
En la figura se observan los
lingotes de aluminio. Estos pueden ser
de aluminio primario y secundario. Se
realizan en diferentes tipos de
aleaciones, esto depende de las
especificaciones del cliente y el tipo de
perfil a ser extruido
Figura 5: Perfiles a extruir
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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En esta fotografía se observa
el horno de precalentado para el
lingote de aproximadamente de 6.5
m de longitud. Además de algunos
otros elementos como son: 1) pistón
neumático para abrir y cerrar la
puerta del horno. 2) pistones
neumáticos para el control de
temperatura
Figura 6: Horno
Con este horno se asegura la
temperatura del calentamiento.
Temperatura típica de 450°C, antes
de ser instalado en la prensa de
extrusión.
Figura 7: Horno
La calidad del producto y los beneficios se incrementan con el
funcionamiento eficiente de la prensa en la extrusión de aluminio. La eficiencia de
la prensa se incrementa con una medida de temperatura precisa y fiable en los
puntos críticos del proceso:
• En la matriz precalentada, antes de su instalación.
• El tocho al incorporarse a la prensa.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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• En la extrusión a la salida de la matriz.
• En la extrusión a la salida del enfriamiento.
Las matrices son precalentadas, porque el aluminio caliente, entrando en
contacto con una matriz fría podría solidificarse (ruptura del dado),
inmediatamente causando la parada en el proceso.
Los datos exactos en las variables del proceso, particularmente las
temperaturas del tocho y a la salida de la matriz, permite, en modernos procesos
de optimización y sistemas de control de prensa, casi alcanzar la extrusión
isotérmica.
Durante la extrusión de aluminio, la óptima temperatura del tocho y su
gradiente, reducen el desgaste de la matriz y mejora la eficiencia de la prensa.
Para obtener un calentamiento ideal del tocho, es esencial una rápida y fiable
medida de temperatura antes de cargarlo en la prensa.
Control continúo del proceso
La velocidad de enfriamiento en los perfiles de extrusión es importante para
los fabricantes de perfiles de aluminio de alto rendimiento, por ejemplo, en las
industrias de automoción o aeroespacial. Las propiedades mecánicas de las
secciones extruidas de alto rendimiento, dependen generalmente de su
microestructura metalúrgica final y así el perfil de refrigeración es muy importante.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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Mesas de carga para lingotes
Mesas de carga basculante para lingotes, con capacidades desde 1 m
hasta 15 m de longitud, con sistema de deslizamiento mediante rodillos, con
rampas de carga, con central hidráulica y con cuadro eléctrico de control y
maniobra, independientes.
Rampa de carga
Mesa de carga
Central hidráulica
Figura 8
Figura 9
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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Horno para tratamiento térmico de perfiles extruidos
Horno para la maduración de perfiles de aluminio, con doble puerta de
cizalla, con capacidades desde 7 m. hasta 15 m de longitud útil, calentadas por
gas natural o Gas LP, con control de velocidad de la recirculación del aire a través
de ventiladores inducidos, con arrancador electrónico, con programas especiales
SCADA para el control de los ciclos y la temperatura, con sistema de tracción
mecánica de introducción y extracción de los carros a través de cadenas o rodillos,
completamente automatizado, con armario eléctrico de control y maniobra
independiente.
Perfiles extruidos
dentro del horno; listos para
el tratamiento térmico; este
proceso brinda mejores
propiedades mecánicas al
perfil.
Figura 10
Condiciones y consideraciones para el proceso
• Los fluidos a utilizar son: aire comprimido, aceite hidráulico, el incremento de
temperaturas se realizara por medio de resistencias eléctricas.
• El proceso debe hacerse automático en todos los pasos y de manera manual
en cada uno de los pasos que implica todo el proceso.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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• Un perfil extruido de 30 m. de longitud no sale de un solo tramo; por lo que hay
que repetir el proceso varias veces. En lo que se refiere a la alimentación de
tochos.
• El corte de material “torcido” solo se realiza cuando se hace el cambio de
dados (moldes de acero con el perfil a extruir).
• Las entradas y salidas de señal eléctrica, electrónica, hidráulica, neumática,
temperatura, variación de velocidad y demás señales se podrán realizar por
medios como: sensores inductivos, termopares y/o pirómetros, tarjetas
electrónicas, PLC, microswich, arrancadores y/o contactores, botonería en
general para uso rudo.
• El proceso debe realizarse de forma manual, semiautomática y automática.
• El conteiner debe tener una temperatura de entre 430 y 500ºC (variable), se
emplean resistencias eléctricas.
• Las bombas de potencia media y alta deberán ser de revolver de pistones
• Se debe utilizar aceite hidráulico para optimizar el proceso y evitar fugas
• El aire comprimido debe tener una unidad de mantenimiento básico
• Las presiones de entrada y salida deben tener manómetros o presostato; con
el fin de verificar dichas presiones en el proceso
• El horno debe tener una temperatura de 350 a 450ºC (variable), para
precalentar el lingote de aluminio.
• Los dados se calientan a una temperatura de 400ºC en un horno de
convección. El incremento de temperatura se realiza por medio de resistencias
eléctricas.
• Toda la botonería de comandos se debe colocar sobre una plataforma, la cual
permitirá al operador poder visualizar los pasos del proceso. Y en caso de una
avería detener el mismo.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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2.2 PROCESO SECUENCIAL
1. El proceso inicia con la alimentación de materia prima (lingotes de aluminio de
10” Ø y 6 m. de longitud) al horno de precalentado a 450 ºC
aproximadamente.
2. La tapa salida del horno sube y deja pasar el lingote.
3. Un mecanismo hidráulico empuja al lingote para así poder cortar un tocho de
este (predeterminado según el perfil a extruir).
4. Un microswich manda una señal al sistema hidráulico para que este se
detenga y no siga empujando los lingotes (con la distancia predeterminada).
5. Al momento de estar regresando el sistema hidráulico que empuja los lingotes;
una cizalla hidráulica baja para realizar el corte del “tocho”.
6. Una vez realizado el corte, la cizalla hidráulica regresa a su posición original.
7. Un pistón hidráulico realiza su recorrido, para regresar los lingotes que salieron
del horno (para realizar el corte) pasando por el orificio de corte de los lingotes.
Esto es para mantener el lingote precalentado.
8. La tapa del horno baja a su posición origina; además de impedir la salida de
color o radiación.
9. El “tocho” se encuentra sobre una “masa 1” partida a la mitad; la cual tiene una
parte conectada a un pistón neumático, el cual baja y este movimiento hace
que el “tocho” gire y caiga sobre otra “mesa 2”.
10. La “mesa 2” partida a la mitad, se mueve por medio de una cadena metálica
acoplada a un motor reductor, al finalizar su recorrido de 1.5 m.
aproximadamente; la mitad de esta gira por medio de un pistón acoplado y
hace gira el “tocho”, colocándolo sobre una leva.
11. El mecanismo de leva (un punto fijo) se levanta por medio de un pistón
hidráulico, quedando alineada la “nariz” de la prensa, con el “tocho” y el orificio
en el “conteiner”.
12. La prensa hidráulica (1000 toneladas de presión) realiza un recorrido (40 cm.
aproximadamente) para introducir el “tocho” en el “conteiner”.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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13. La “mesa 3” gira por medio de un pistón neumático acoplado en la mesa, este
movimiento es para evitar que golpee con la nariz de la prensa.
14. El mecanismo de leva baja y se coloca en su posición original.
15. La “mesa 2” regresa a su posición original.
16. Con el retorno de la “mesa 2”; la prensa hidráulica, comienza su recorrido de
extrusión.
17. A una velocidad baja comienza el extruido, esto por razones de seguridad;
porque el aluminio extruido inicial sale “torcido” y requiere de por lo menos 2 m.
de aluminio extruido con el perfil bien definido.
18. El aluminio extruido “torcido” se corta con una cierra de disco. El motor arranca
a su máxima velocidad. (el disco esta acoplado directamente en la flecha del
motor)
19. Después de 3 segundos, un pistón hidráulico realiza el recorrido, realizando así
el corte, regresando inmediatamente.
20. La prensa hidráulica (de 1000 toneladas de presión) realiza el extruido; con el
perfil bien definido, hasta que las puntas se atoran en lo se conoce como Puller
21. El Puller tiene resortes para poder manipular la introducción del perfil, tiene una
flecha acoplada a una bomba hidráulica para que cuando comience el extruido
no se zafen
22. El Puller corre sobre un riel, el cual corre a la misma velocidad del extruido; de
lo contrario existe la posibilidad de que el perfil se estire y no cumpla con las
medidas requeridas de dicho perfil (aproximadamente 15 m/min)
23. La velocidad varía dependiendo del tipo de perfil a extruir. Como regla general:
a mayores dimensiones menor velocidad, a menores dimensiones mayor
velocidad.
24. Después de 30 m. de perfil extruido el Puller se detiene por medio de un caliper
que frena al motor, este acoplado a los “chicotes” que realizan el movimiento.
25. El motor de la cierra circular arranca a su máxima velocidad y después de 3
segundos un pistón realiza su recorrido, realizando así el corte y regresando
inmediatamente (paso 19).
26. Una vez realizado el corte; el Puller avanza 2 m. mas.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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27. La bomba hidráulica sube la “mano de chango”, después de 2 segundos sube
los brazos (bomba en reversa).
28. Los 30 m de perfil extruido se colocan sobre una serie de bandas que suben
cuando los brazos se abren, estas últimas se encuentran adyacentes al perfil y
mueven el extruido 50 cm.
29. Cuando las bandas se detienen; descienden para evitar que el regreso del
“tren” provoque algún choque.
30. Después del paso anterior; el tren realiza el retorno para comenzar el proceso
de extruido.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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CAPITULO 3. EQUIPO PROPUESTO PARA LA AUTOMATIZACION.
3.1 EQUIPO UTILIZADO.
Microswitch: Se elige este tipo de microswitch debido a su estética y su
tamaño compacto ya que no da una amplia versatilidad en su manejo. El
funcionamiento de un microswitch consiste en cerrar el circuito eléctrico cuando
una fuerza mecánica actúa sobre el.
Figura 11: Microswitch
Electroválvulas 4/2: Se proponen este tipo de válvulas debido a su fácil
funcionamiento, dichas válvulas serán utilizadas como actuadores para hacer
funcionar los pistones hidráulicos
Figura 12: Electroválvula
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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Motor Western Electric: Este motor es utilizado en el movimiento de la mesa 2, para que el tocho sea desplazado hacia el movimiento de leva, posterior a la chispa que recibe en la misma mesa. De esta manera también se utiliza para la cierra que corta el tocho una vez que sale del horno de precalentado.
Figura 13: Motor Eléctrico
Push Botón: Este dispositivo será utilizado para el arranque y paro del sistema.
Figura 14: Push Botón
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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Pistones Hidráulicos: Se proponen Pistones Hidráulicos debido al peso
que deben soportar así como la presión que deben ejercer en ciertas etapas del
proceso de extrusión
Figura 15: Cilindro Industrial Hidráulico
Generador de Chispa: el generador de chispa ZT 870 es ideal para es ideal para
ignición automática de sistemas atmosféricos de gas lo cual es muy útil en la
etapa del proceso en la que se de flamear el trozo de aluminio
Figura 16: Generador de Chispa
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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PLC: En el mercado existen varias marcas de PLC´s, entre ellas las
comunes son Siemens, Allen Bradley, LG, Mitsubishi, ABB, etc. Dentro de todas
estas marcas destacaban dos por su relación costo beneficio Siemens y Allen
Bradley.
Ventajas y desventajas de PLC (Siemens Vs. Allen-Bradley)
La ventaja de Allen-Bradley frente a los PLC de Siemens es la flexibilidad
para programar los PLC´s.
La manera de programar los controladores de siemens requieren de
conocimientos de programación algo o bastante especializados por sus
características y la programación de un controlador de Allen-Bradley es mucho
más fácil de utilizar debido a sus fácil programación y lo sencillo que es la
programación de manera intuitiva por algún individuo como por ejemplo para un
electricista, técnico, mecánico, etc. (y otros individuos que lo requieran programar),
en pocas palabras es más fácil de entender, programar y mantener debido a su
estructura de programación.
Las funciones definidas por el usuario o bloques son una ventaja sustancial,
tanto desde la programación y la perspectiva de las pruebas para aquellos que
realmente la utilizan. La diferencia se debe en gran medida también a los
protocolos nativos de apoyo. Siemens tiende a apoyar los protocolos europeos:
Profibus, ASI, y así sucesivamente. Allen-Bradley tiende a apoyar a los protocolos
de América del Norte nativa, tales como ControlNet, DeviceNet, y EthernetIP.
Para la mayoría de los efectos prácticos, Allen-Bradley tiene una ventaja
sobre los demás debido a que la documentación que presenta el fabricante y sus
productos de Allen-Bradley tienden a adoptar un enfoque más pragmático para
resolver problemas donde Siemens tiende a tener muy cerca un enfoque basado
en estándares y protocolos de instalación. Todos los proveedores de PLC parecen
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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haber evolucionado con el aumento de la demanda. En cuestión a costos Siemens
es más caro que Allen-Bradley, pero debido a su fácil programación es más
costeable este último mencionado. Otra cosa muy importante, los plazos de
entrega de siemens son bastante largos y se pierde bastante tiempo. Por lo
consiguiente en nuestro caso elegimos un Controlador Lógico Programable Allen-
Bradley porque aparte de lo ya mencionado, durante el seminario nos
familiarizamos con uno de esta marca debido a que este dispositivo se encontraba
en el laboratorio, con el cual se pudo hacer posibles la realización de las practicas,
dispositivo en el cual se aprendió a programar y a simular el funcionamiento de
algunos procesos regularmente utilizados en la industria.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS SE SIEMENS VS ALLEN BRADLEY
ALLEN BRADLEY SIEMENS
Programación Mayor facilidad de
programación
Menor facilidad de programación
Implementación Cualquier individuo
con conocimientos
técnicos simples
Individuos con conocimientos de
lenguajes de programación
bastante técnicos
Tiempo de
entrega
Tiempo muy corto Bastante largos y perdida de
tiempo
Instalación Fácil instalación Fácil instalación
Instalación No modular Modular
Para este sistema se propone un equipo de la familia Micrologix 1200
catálogo 1762-L24BWA, este equipo cuenta con 14 entradas y 10 salidas de relé.
Este equipo nos abastece perfectamente las entradas pero es necesario aumentar
el número de salidas. Se propone un par de extensiones para el PLC con las
cuales se cumple el número total de salidas que se requieren para el
funcionamiento de nuestro sistema. El modulo que se eligió es el MicroLogix™
Relay Output Module catálogo 1762-OW16.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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CAPITULO 4. INTEGRACION DE EQUIPOS Y ACCESORIOS
Para tener un mejor entendimiento de la integración del proyecto hemos
dividido el proceso en cuatro etapas las cuales son descritas a continuación:
Etapa 1: Los lingotes se encuentran sobre la mesa; si el sensor fotoeléctrico
detecta que no hay material, activa el motor (1) de la bomba hidráulica, para
colocar un lingote sobre el transportador. El mecanismo de empuje es activado
por el motor 2 cuando se requiere cortar un tocho, regresando siempre al punto
inicial. Lo largo del tocho es predeterminado por el microswich 1; el cual indica el
paro y regreso del mecanismo de empuje; indicando sucesivamente el recorrido
de la cizalla hidráulica(es quien corta el tocho). Una vez cortado el tocho, el pistón
hidráulico 1 regresa el lingote al horno.
Figura 17: Etapa 1 del proceso
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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Secuencia de programa para esta Etapa:
En el programa anterior se utilizaron instrucciones básicas del PLC tales
como interruptores (elementos de entrada) y actuadores (elementos de salida).
Aquí se incluye la rutina de arranque y paro del sistema la cual se encuentra en la
línea 000.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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Etapa 2: El tocho es colocado en la mesa 2, comenzando la transportación,
realiza un paro de 2 seg. Para un flamazo, termina el recorrido de la mesa,
colocando el tocho en el mecanismo de leva, regresa inmediatamente la mesa 2
Figura 18: Etapa 2 del proceso
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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Secuencia de programa para esta etapa:
En esta parte del Programa pode3mos observar el uso de una instrucción
nueva que es un temporizador el cual funciona básicamente de la siguiente
manera: se le configuran 3 campos Base de tiempo, Preset y Acumulador la
función principal en nuestro programa es obtener un retardo de tiempo en el
proceso.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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Etapa 3: El mecanismo de lava se levanta y queda alineado el tocho, la
nariz de la prensa hidráulica y el conteiner. La prensa realiza un avance de 30 cm
aproximadamente para introducir el tocho en el conteiner y bajar de inmediato la
leva. Para comenzar la extrusión
Figura 19: Etapa 3 del proceso
Secuencia de programa para la etapa 3:
Esta parte del programa es la mas sencilla puesto que las condiciones son
muy especificas ya que se requiere que el aluminio a extruir este en posición
condición que la da el microswitch 6 para que la prensa pueda hacer el extruido
del aluminio.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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Etapa 4: La prensa ha realizado todo su recorrido de extrusión; Esta
regresando a su punto inicial. La cizalla hidráulica corta la parte trasera del tocho
(flameada). La cierra corta el perfil extruido y el puller regresa al inicio de carrera.
Figura 20: Etapa 4 del proceso
Secuencia de programa para la etapa 4:
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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CAPITULO 5. COSTO DEL PROYECTO
En las siguientes tablas se muestran los costos del material requerido para la
instalación de los dispositivos así como los costos de la mano de obra y del
material para tener una buena instalación del sistema.
COSTO DE EQUIPO
Cantidad Descripción Costo
Unitario (MN)
Costo Integro (MN)
Observaciones
6 Motor de AC $14,999.92 $89,999.52 Motor de AC, 125HP Western
Electric
1 Generador de Chispa $2,700.00 $2,700.00 Barra generadora de chispa,
MEECH
1 PLC, MicroLogix 1200 $3,372.46 $3,372.46 Micro Logix 1200 1762-
L24BWA
1 Modulo de expansión
MicroLogix $2,029.95 $2,029.95
Micro Logix Modulo 1762-OW16
16 Micro Switch $257.40 $4,118.40 Micro Switch, 20A, SPDT-
2RB-A2, HONEYWELL
1 Push Botón N/A $94.90 $94.90 Botón pulsador ahulado N/A
1 Push Botón N/C $94.90 $94.90 Boton pulsador anulado N/C
12 Pistón Hidráulico $3,282.50 $39,390.00 Cilindro industrial para líneas
de proceso
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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Tabla 2: Costo total del equipo a instalar para el sistema.
COSTO DE DISEÑO
Ubicación Descripción Costo (MN) Observaciones
MEX Ingeniería $42,000.00 Orden de trabajo,
tecnología, solución y desarrollo del proyecto.
MEX Implementación $28,500.00 Seguimiento y asignación de
factores y parámetros.
MEX Total $70,500.00 Costo total de diseño.
Tabla 3: Costo total de ingeniería de diseño e implementación para el sistema.
14 Válvula Hidráulica $1,672.19 $23,410.66 Válvula solenoide direccional
4/2
Total $28,504.22 $165,210.79 Costo total del equipo
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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COSTO DE INSTALACION
Ubicación Descripción Costo (MN) Observaciones
MEX Instalación $22,000.00 Instalación de equipo y
activación en sitio.
MEX Operación $8,300.00 Capacitación y
funcionamiento del sistema.
MEX Transporte $4,100.00 Traslado de equipo al sitio
de instalación.
MEX Total $34,400.00 Costo total de instalación.
Tabla 4: Costo total de la instalación para el sistema.
COSTO TOTAL DEL PROYECTO
Ubicación Descripción Costo (MN) Observaciones
MEX Costo de equipo $165,210.79 Total de equipo considerado
a instalar.
MEX Costo de diseño $70,500.00 Total de diseño.
MEX Costo de instalación $34,400.00 Total de instalación y
operación.
MEX Total $270,110.79 Costo total del proyecto.
Tabla 5: Costo total del proyecto.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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CONCLUSIONES
En la actualidad, es un requisito estar actualizado a través de la vanguardia
de la tecnología a nivel industrial, y más aun, cuando existe un nivel competitivo
dentro de un mismo giro comercial o industrial.
De esta manera, al concluir este proyecto, se determina una propuesta
detallada para la automatización de un proceso de extrusión de aluminio, tomando
en consideración, las diferentes problemáticas y motivos que se presentan en
campo industrial a través de todo este seguimiento, a su vez, involucrando
determinadas áreas de ingeniería para hacer mas factible la secuencia y ejecución
de cada paso.
Se implementa una propuesta conjuntiva, abarcando datos teóricos, equipo
sugerido, programación, costos de equipo y de proyecto, para que el lector pueda
retomar las consideraciones estipuladas dentro de este trabajo, para facilitar la
complejidad que pueda existir en un proceso de extrusión de aluminio, y así,
optimizar costos y tiempo para una producción eficaz y evitar que en la secuencia
exista lo menos posible algún movimiento manual y por consiguiente, perdidas de
producción. Así mismo, se proporciona a detalle, las características que posee
cada equipo a implementar, como la secuencia de programación.
En consecuencia a todo esto, se trabaja en base a un controlador lógico
programable (PLC), para la automatización del proceso, el cual, conlleva la tarea
principal para que todo el proceso se genere adecuadamente pasa a paso,
evitando el mínimo de errores durante el proceso.
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRUSIÓN DE ALUMINIO.
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BIBLIOGRAFIA
Aplicaciones de Neumática.
Deppert W. K. Stoll.
Edit. Marcombo. España, Barcelona.
Neumática e hidráulica
Autor: Antonio Creus Sole
Editorial Alfaomega.
Costos.
http://www.piisa.com.mx
http://www.aguamarket.com
http://www.baumerelectric.com
http://www.teyco-fluid.com
http://articulo.mercadolibre.com.
http://www.directindustry.es
http://www.festo.com
Apéndice.
Se adjuntan archivos de las hojas de datos de algunos componentes