Automatización Máquina GEKA Hydracrop 110/180

Paula Ortega 20101283034 Diego Arley Velosa 20101283023 William Vargas 20101283040

Resumen--- El presente documento describe el proceso que se implementó para la automatización de un proceso propio de la industria metalmecánica, el cual consiste en la marcación y punzonado de ángulos de 3/4”, éste proyecto se planteó con el fin de aplicar los conocimientos vistos en la clase de Automática 1 en la Universidad Distrital donde se vieron temas de electroneumática y automatización de procesos, uno de los objetivos principales de este proyecto es analizar un proceso para que mediante actuadores, sensores y un elemento de control se pueda optimizar el trabajo en función del beneficio de los operarios y la productividad de una empresa, en el transcurso de éste documento usted encontrará los diagramas eléctricos, neumáticos y el diagrama de flujo utilizado para la automatización de dicha máquina.

Palabras clave--- Electroneumática, Control, Diagramas de flujo, Controladores lógicos programables, Punzonado, Marcación en metales, Metalmecánica.

1. Introducción: La automatización de máquinas antiguas es una alternativa de actualización para las industrias sin incurrir en costos muy altos, es uno de los objetivos más importantes de las empresas en la interminable tarea de buscar la competitividad en un entorno que día a día incorpora nuevos métodos y técnicas que buscan la competitividad de una empresa. La automatización consiste en la incorporación de un conjunto de elementos y dispositivos que aseguran el control y buen comportamiento de un sistema, dicho sistema debe ser capaz de reaccionar frente a situaciones previstas con anterioridad con el fin de conservar una producción en serie de algún producto.

Para lograr una correcta y eficaz automatización primero hay que identificar cada uno de los procesos que realiza la máquina y cómo lo realiza, luego conocer qué es lo que desea el usuario final, esto con el fin de conocer cuáles van a ser las bases del cambio a realizar a la máquina,

después de recolectar los datos necesarios para iniciar el proceso de diseño se implementa un algoritmo el cuál se encarga de guiar las mejoras pertinentes, se inicia un proceso de selección de periféricos de entrada-salida que deben ser compatibles con las características del proceso y finalmente se lleva a cabo la implementación.

Teniendo claros los pasos a seguir para la automatización de un proceso, se propone llevar a cabo la automatización de una máquina que se encarga de la marcación y posterior punzonado de ángulos de 3/4” ésta máquina se encuentra en el comercio mediante diversas marcas, sin embargo nos queremos enfocar en la automatización de la máquina punzonadora marca GEKA Hydracrop 110/180 la cuál de acuerdo a sus características técnicas es capaz de realizar cortes con una potencia de 1800 kN, necesarios en la empresa I+D Ingeniería para la elaboración de estructuras metálicas.

2. Objetivo General:

Automatizar el proceso de marcación y punzonado de la máquina GEKA Hydracrop

110/180 mediante técnicas de electroneumática y PLC.

2.1 Objetivos específicos:

Analizar el funcionamiento de las máquinas y los procesos para incurrir en mejoras desde el punto de vista de la automatización.

Diseñar el circuito neumático que se implementará para la automatización de la máquina y determinar los periféricos de entrada-salida correspondientes al proceso.

Elaborar el diagrama de flujo según el proceso y su respectivo programa en lenguaje Ladder para la implementación de un PLC en el sistema de control.

Elaborar un prototipo que simule el funcionamiento de dicha máquina teniendo en cuenta la correcta disposición de los cilindros neumáticos.

4. Proceso a automatizar: La máquina a automatizar como se indicó anteriormente es una máquina que se encarga de la marcación y posterior punzonado de ángulos de 3/4” marca GEKA Hydracrop 110/180, se eligió esta máquina debido a que en la industria metalmecánica es de gran interés acelerar el proceso de marcación y punzonado de éste tipo de ángulos, pues en la elaboración de estructuras metálicas de gran envergadura se podrían utilizar miles de ángulos con las mismas características físicas, por ésta razón es importante pensar en adecuar dicha máquina para que tanto los operarios como la empresa que la tiene actualmente se beneficien en cuanto a la disminución de costos y tiempos de operación.

La máquina actualmente funciona mediante la alimentación manual de el ángulo a cortar y mediante una serie de pedales mecánicos se accionan determinados cilindros que hacen el trabajo de marcado y punzonado, en la siguiente figura se muestra la máquina en su configuración actual.

Figura 1: Máquina GEKA Hydracrop 110/180 en operación.

4.2 Descripción del proceso a automatizar:

En la industria metalmecánica existen máquinas de tecnología muy antigua pero de larga duración, buena calidad y casi no requieren mantenimiento. La “GEKA” es una máquina que realiza marcación y punzonado de ángulos de cualquier metal por medio de cilindros hidráulicos, es una máquina netamente manual, el proceso que ejecuta la máquina es el siguiente:

Para la marcación y el proceso de punzonado de los ángulos y platinas, se utilizan cilindros hidráulicos con el fin de ejercer presión sobre el material y de esta forma ejecutar cada acción. En cada una de ellas, los operarios tienen que sostener el material para que no se caiga o se desplace y en el momento que logran posicionarlo correctamente, accionan un pedal o maniobran manualmente una prensa o cilindro y de esta forma perforan o marcan el ángulo. El procesamiento total de cada ángulo no lo hacen secuencialmente, sino que montan las matrices y punzones respectivos para cada trabajo, contrapuntean una cantidad determinada de ángulos en los puntos donde tienen que punzonar y luego los perforan. Seguidamente toman los ángulos ya punzonados e inician el proceso de marcación o estampado de la referencia que se ha establecido para cada trabajo.

Esto genera grandes desventajas de producción, entre ellas la pérdida de tiempo en el proceso de montaje, centropunteo y selección del material, el uso de mano de obra adicional, además de los riesgos físicos a los que están expuestos los operarios cuando sostienen cada ángulo o platina.

4.3 Descripción precisa de la aplicación del proceso:

El objetivo principal es adaptar 3 cilindros para los procesos de sujeción del material, marcación y punzonado, un motor para el desplazamiento automático del material y una mesa o soporte metálico que sirva como base para el sostenimiento del mismo. Todo esto con los respectivos sensores establecidos por diseño. Además implementar una interface máquina-usuario que sea programable y le permita al operario ejecutar cualquiera de los acciones de forma independiente o en conjunto, así como ingresar datos de referencia para la ubicación del estampado, de la cantidad de puntos a perforar y de la longitud entre cada uno de ellos. Para explicar claramente el funcionamiento de la aplicación neumática podemos tomar el ejemplo de una secuencia completa del proceso (Figura 2) y la cual es una de las opciones que tendrá el operario a través de la interface programable.

Figura 2: Circuito neumático y disposición de los cilindros.

Se ingresan los datos de referencia requeridos en el software de la interface, (para el caso asumiremos que se realizara una sola perforación), luego se monta el material en el soporte base y se da inicio al proceso con un pulsador, el motor lo desplaza hasta llegar a un final de carrera que activa al primer cilindro encargado de la sujeción del material (cilindro A). Luego de estar sujeto y posicionado se activa el cilindro de punzonado (cilindro B), que perforará el ángulo o platina a través de un punzón instalado en su extremo y retornará a su posición inicial para dar de nuevo la orden al cilindro A de soltar el material y al motor que siga desplazándolo hasta otro sensor, este a su vez activará una vez más el cilindro A para sujeción y seguidamente el cilindro de estampado (cilindro C), que llevará ubicado en el extremo la letra de marcación y retornará a su estado inicial. De esta forma el cilindro A retornará y liberará el material, así termina la secuencia del proceso. Con esto se quiere reducir el tiempo de procesamiento ya que la máquina lo podrá ejecutar automáticamente y se evitará en gran parte la exposición de los operarios a algún tipo de accidente a la hora de manipular el material.

4.4 Indicar mediante diagrama de flujo, funcionamiento general:

Diagrama de flujo

Figura 3: Diagrama de flujo correspondiente al programa del PLC.

4.5 Descripción de cada una de las etapas involucradas:

El proceso que se debe seguir para llevar a cabo el trabajo en la máquina se divide en tres partes que llamaremos, Punzonado, Marcación y Proceso General, las cuáles se describen a continuación:

Punzonado:

Es el trabajo mediante el cual la máquina perfora el ángulo, éste proceso comienza por la alimentación del ángulo mediante el motor, posteriormente el sensor que se encarga de controlar el cilindro C da la señal para que se accione el cilindro A (el cual sujeta el ángulo) y a continuación se acciona el cilindro C quien es el encargado de punzonar el material, si el ángulo tarda mucho en llegar a los sensores, se accionará un Led color rojo, que estará indicando que existe algún problema en el proceso, si todo sale bien, al terminar el proceso se activará un Led de color verde intermitente el cual estará indicando que el proceso ha terminado.

Figura 3: Proceso de punzonado de la máquina GEKA.

Marcación:

El proceso de Marcación comienza con la alimentación del material mediante el motor, a continuación los sensores del cilindro B accionan el cilindro A para sujetar el ángulo, posteriormente se activa el cilindro B quien es el encargado de marcar el material, una vez marcado el material el motor sique su rumbo, hasta que los sensores del cilindro C dan la señal de que el proceso ha terminado.

Figura 4: Proceso de marcación de la máquina GEKA.

Si se enciende el led de color rojo es porque se ha tenido alguna falla en el proceso, de lo contrario se encenderá un led de color verde quien indicará que todo ha salido bien y el proceso ha terminado.

Proceso General:

Por último se tiene el proceso completo, este proceso se ha llamado proceso general, debido a que en este proceso se deben llevar a cabo la marcación y el punzonado, aquí el material ingresa mediante el motor quien es el que alimenta el sistema, luego los sensores del cilindro A, accionan el cilindro A para sujetar el material, a continuación el cilindro B deberá marcar el material.

Figura 5: Proceso general de la máquina GEKA.

Una vez marcado, el sistema retornará los cilindros B y A y el motor seguirá alimentando el sistema hasta llegar a los sensores de C quien accionará de nuevo el cilindro A para sujetar el material y posteriormente se accionará el cilindro C quien punzonará dicho material, una vez punzonado el sistema retornará el cilindro A y si no existe ningún problema en el

sistema un led de color verde se pondrá intermitente.

4.6 Necesidad de automatizar el proceso.

Actualmente la máquina GEKA trabaja mecánicamente, y se acciona mediante una serie de pedales, poleas, palancas y cilindros hidráulicos que aunque cumplen con la función principal para la cual está diseñada esta máquina, son extremadamente lentos y peligrosos para las personas que lo manipulan, a menudo el proceso de perforación y marcación en ángulos de ¾” es extenso debido a que en construcciones metálicas de gran envergadura se pueden utilizar miles de estos ángulos, por ésta razón es pertinente pensar en la adecuación de dicha máquina para que elabore el proceso de una manera más eficaz.

4.7 Etapa de instrumentación PyD.

Aquí va el diagrama

A continuación se presenta el circuito

neumático utilizado.

Figura 6: Circuito neumático implementado en el

prototipo.

4.8 Interfaz Humano-Máquina.

La interfaz diseñada se elaboró pensando en la comodidad del operario, ésta interfaz consta de cuatro pulsadores, el primero es redondo y de color rojo y es la parada de emergencia, seguidamente tenemos tres pulsadores que se encargan del proceso propio de la máquina, el primer pulsador al presionarlo elabora lo que hemos llamado proceso general (proceso de punzonado y marcación simultáneamente), el segundo pulsador elabora solo el proceso de marcación y el tercero elabora solo el proceso de punzonado, ésta interfaz está acompañada de dos led, uno de color rojo (que es el que indica algún problema en el proceso) y otro de color verde (que es el que indica que el proceso ha terminado satisfactoriamente).

Figura 7: Prototipo de la Máquina GEKA automatizada.

En la figura 7 encontraremos una fotografía de el prototipo construido, allí se encuentra la disposición real de los cilindros y las válvulas utilizadas, así como el motor y el PLC que se utilizó. En la Figura 9 en la parte superior izquierda del prototipo se encuentra la interfaz humano-máquina implementada, allí se alcanzan a ver los cuatro pulsadores implementados.

Figura 8: Proceso de punzonado de la máquina GEKA.

A continuación se muestra el proceso de punzonado en el prototipo elaborado, éste proceso se encuentra en la parte posterior de la máquina y fue diseñado mediante un cilindro de simple efecto el cuál es accionado por dos sensores inductivos que son controlados por el respectivo PLC. Figura 8,

Figura 9: Vista del proceso de sujeción y marcación de la máquina GEKA.

En la figura 9 se muestra la disposición de los cilindros para el proceso de marcación y sujeción del material, para éste proceso se escogieron cilindros neumáticos de simple efecto puesto que son más económicos y para éste proceso en particular elaborarían en mismo trabajo de un cilindro de doble efecto.

Figura 10: Prototipo de la máquina GEKA en operación.

En la Figura 10 se presenta el prototipo funcionando con todos los elementos que lo componen, ésta es la propuesta a la que se llegó después de un análisis exhaustivo de proceso y de la implementación de nuevas tecnologías de automatización.

4.9 Lista de elementos utilizados en la automatización de la máquina GEKA.

Cantidad Descripción1 PLC Marca XXXX Ref XXXX3 Cilindros de simple efecto3 Sensores Inductivos3 Electroválvulas 3/2 retorno fuelle1 Motor D.C. 20KN 100 Rpm

5. Conclusiones.

El nterior trabajo

6. Referencias

[1] E. García Moreno, Automatización de Procesos Industriales:Interfad, 2002, pp 55-56

[2] H. Saiken y S. Herzenberg, Automatización y Producción Social:UNAM, 1983, pp 67-68

[3] Berrikuntza Tecnologikoa, (2005,Nov), Simbología utilizada en los procesos [En Línea] Disponible: http://agora.escoladeltreball.org/Members/jmgonzalez/credit-9/Simbologia.pdf

[4] Geka, (2002, Feb) [En línea] Disponible: http://www.geka.es/geka/de/minicrop.asp?cod=2498&nombre=2498&prt=1