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TESINA

AUTOMATIZACIÓN DE LINEA DE PALETIZADO

QUE PRESENTA

C. Manuel Uriel Castañeda Peraza

EN CUMPLIMIENTO PARCIAL DE LA

ESTADÍA PRÁCTICA DE

INGENIERÍA MECATRÓNICA

ASESOR ACADÉMICO

Ing. Rolando Lizárraga Bañuelos

ORGANISMO RECEPTOR

IDTec Automatización

Mazatlán, Sin. 9 de Diciembre de 2016

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Diciembre 9, 2016

C. Manuel Uriel Castañeda Peraza

PRESENTE

Le comunico que la Unidad Académica de Ingeniería Mecatrónica le ha otorgado la

autorización para la impresión de su Tesina de Estadía Práctica cuyo título es:

“Automatización de línea de paletizado”

Y su contenido es:

I. Introducción

II. Marco teórico

III. Desarrollo del proyecto

IV. Conclusiones

V. Bibliografía

A T E N T A M E N T E

__________________________________________________

M.C. VICTOR MANUEL RODRÍGUEZ VELÁZQUEZ

DIRECTOR DE LA UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

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Diciembre 9, 2016

M.C. VICTOR MANUEL RODRÍGUEZ VELÁZQUEZ

DIRECTOR DE LA UNIDAD ACADÉMICA INGENIERIA MECATRÓNICA

PRESENTE

Por medio de la presente notifico a Usted que en cumplimiento parcial de los

requerimientos de la Estadía Práctica, ha sido aprobado y aceptado para su impresión

el documento de Tesina del C. Manuel Uriel Castañeda Peraza, cuyo título es:

“Automatización de línea de paletizado”

Agradeciendo de antemano la atención prestada a la presente, quedo de Usted

__________________________________________

Ing. Rolando Lizárraga Bañuelos

Asesor académico de Tesina

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Diciembre 9, 2016

M.C. VICTOR MANUEL RODRÍGUEZ VELÁZQUEZ

DIRECTOR DE LA UNIDAD ACADÉMICA INGENIERIA MECATRÓNICA

PRESENTE

Por medio de la presente notifico a Usted que en cumplimiento parcial de los

requerimientos de la Estadía Práctica, ha sido aprobado y aceptado para su impresión

el documento de Tesina del C. Manuel Uriel Castañeda Peraza, cuyo título es:

“Automatización de línea de paletizado”

Agradeciendo de antemano la atención prestada a la presente, quedo de Usted

__________________________________________

Ing. Jorge Abraham Peña

Asesor Externo

IDTec Automatización

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Índice

I. Introducción. 1

1.1 Objetivos 1

1.2 Metas 1

II. Diseño mecánico 2

2.1 Estaciones de paletizado 2

2.2 Mesa alineadora 3

2.3 Conveyor 4

2.4 Herramienta del robot 5

III. Diseño eléctrico 6

3.1 Componentes eléctricos 6

IV. Robótica aplicada 14

4.1 Software de simulación 16

4.2 Programación 17

V. Conclusión 18

5.1 Bibliografía 18

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Índice de imágenes

Figura 1.1 Banco de Estación 3

Figura 1.2 Mesa alineadora 4

Figura 1.3 Conveyor 5

Figura 1.4 Herramienta de control 6

Figura 2.1 Allen-Bradley CompactLogix 8

Figura 2.2 POINT I/O 9

Figura 2.3 Driver Allen-Bradley PowerFlex 525 10

Figura 2.4 Terminales gráficos PanelView 11

Figura 2.5 software FactoryTalk View Machine Edition 11

Figura 2.6 Switches no administrados Ethernet Stratix 2000 12

Figura 2.7 Fuentes de alimentación eléctrica

de fuente conmutada de rendimiento 14

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Figura 3.1 Robot Manipulador 16

Figura 3.2 RoboGuide 18

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I. INTRODUCCION

IDTec es una empresa mecatrónica que posee capacidades de

Administración de Proyectos, Diseño, Programación, Fabricación y

Ensamble. En términos generales la actividad principal de IDtec es la

automatización implementado nuevas propuestas para los requerimientos

de calidad y performance de sus clientes.

De igual forma IDtec provee soluciones llave en mano, hasta

consideraciones especiales de desarrollo, las cuales incluyen las etapas de

diseño conceptual, mecánico, eléctrico, instrumentación y control,

fabricación, suministros de partes, comprobación y pruebas de aceptación

en sus instalaciones así como en planta y puesta en marcha en sitio.

1.1 Objetivos

Los objetivos de este proyecto son realizar de manera efectiva el

paletizado de las placas lo cual involucra la perfecta comunicación entre

PAC- robot y viceversa.

2.1 Metas

Entregar satisfactoriamente en tiempo y forma el proyecto al

cliente.

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II. MARCO TEORICO

Diseño Mecánico

En años recientes, en el campo de Ingeniería Mecánica se ha

manifestado una tendencia hacia requerimientos más estrictos de diseño

que respondan a los nuevos estándares y normas nacionales e

internacionales. Esto conlleva a la necesidad de crear sistemas mecánicos

más modernos y complejos de sistemas mecánicos que utilicen nuevos y

mejores materiales, con el objeto de obtener mejorar su desempeño y

reducir su costo. De esta manera IDtec elaboro sus propios diseños con la

finalidad de satisfacer las necesidades del cliente en cuestión de calidad y

performance de los cuales se hablaran a continuación.

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III. DESARROLLO DEL PROYECTO

1.1 Estaciones de paletizado

La estación de paletizado es el mecanismo que se encarga de transportar

las placas de plomo hacia afuera de la celda para su recolección. Para ser

esto posible se diseñó un mecanismo él cual cuenta con un motor mediante

un coplee en el rotor es conectado a un tornillo sin fin lo cual logra

producir el movimiento de desplace.

Figura 1.1 Banco estación para el traslado de las placas

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1.2 Mesa alineadora

Este mecanismo se encarga de acomodar los layer; estos son unas

láminas en las cuales se asientan los bloques de las placas, después el robot

los tomara para colocarlos en las estaciones de paletizado para su traslado.

Esta mesa cuenta con tres partes fijas y dos móviles las cuales están

conformadas por pistones accionados mediante electroválvulas realizando

así el alineamiento para su perfecto agarre

Figura 1.2 Mesa alineadora para el acomodo de los layer para la

formación de las camas de placas

1.3 Conveyor

Un conveyor o cinta trasportadora es un mecanismo el cual realiza un

movimiento continuo permitiendo asía el traslado de material de un punto

a otro, este puede estar elaborado por una banda de varia tipos posibles

como goma, plástico rodillos metálicos, cadenas, etc.

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Pueden estar elevadas, a nivel del suelo, con rampa de subida, bajada

etc.

En este caso se optó por utilizar el de cadenas por el tipo de material el

cual se trasportara, el componente principal usado para la elaboración del

conveyor es el PTR con el cual esta echa la estructura además de contar con

chumaceras, sprokets, cadenas, niveladores, tensores y guardas.

Figura 1.3 Conveyor el cual trasportara las placas

1.4 Herramienta del robot

La herramienta del robot será la encargada del traslado de las placas

hacia la estación de paletizado, esta herramienta fue diseñada con el

objetivo de facilitar el agarre y acomodo de las placas las cuales son

sujetadas por pistones y cuchillas lo cual le da un buen agarre impidiendo

así su posible caída. Otra parte de la herramienta es el sistema de succión

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conformado por cuatro ventosas encargadas de la recolección de los layer

para el formado de las camas para los bloques de placas.

Figura 1.4 Herramienta robot utilizada para el agarre de las placas

Diseño eléctrico

Para la elaboración del diseño eléctrico para este proyecto primeramente

se selecciona los componentes dependiendo de las actividades a realizar. A

continuación se presentaran los componentes a necesitar los cuales

incluyen de control y seguridad.

1.5 componentes eléctricos

PLC

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Un controlador lógico programable o PLC es una computadora

utilizada en la automatización industrial, para automatizar procesos, el

PLC está diseñado para señales de entrada y salida.

El PLC surgió a finales de los 60 como una solución mediante la nueva

tecnología de la electrónica para remplazar los sistemas de control

antiguos los cuales estaban basados en circuitos electrónicos en los cuales

se encontraban los sistemas de relés lógicos, interruptores y otros

componentes comunes utilizados para los sistemas de control lógicos.

El lenguaje de los antiguos PLC se basaban mediante el lenguaje

maquina pero este fue cambiado después pues el lenguaje ladder o de

escalera, los PLC más modernos pueden ser programados de varias

maneras tales como diagramas de contacto lenguaje Basic y C entre otro.

El PLC utilizado en este proyecto es un Allen-Bradley CompactLogix el

cual ya no se le define como PLC sino como PAC ya que posee una nueva

tecnología escalable, multidisciplinaria y habilitada para información. La

función principal del PAC en este proyecto es el control de entradas y

salidas que le entrega tanto los sensores como el control de motores y

actuadores neumáticos además de la comunicación con el sistema robótico.

Los controladores CompactLogix y Compact GuardLogix usan un

motor de control común con un entorno de implementación común para

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proporcionar control de aplicación de alcance medio en un entorno fácil de

usar. La estrecha integración entre el software de programación, el

controlador y los módulos de E/S reduce el tiempo y costo de

implementación en la puesta en marcha durante el funcionamiento normal.

Esta homogeneidad brinda la integración rentable de una máquina o

aplicación de seguridad a un sistema de control a nivel de toda la planta

porque integra las capacidades de seguridad, movimiento, discreción y

variadores en un solo controlador.

Figura 2.1 Allen-Bradley CompactLogix controlador principal de la

línea de producción

Módulos POINT I/O

Los módulos POINT I/O en este proyecto son utilizados como

componentes de seguridad ya que ofrecen E/S digitales y analógicas

especiales además cuentan con E/S de clasificación de seguridad Point

Guard, con uno a ocho puntos por módulo.

Puede combinar E/S estándar y de seguridad en el mismo sistema.

Diagnósticos completos y características configurables hacen que POINT

I/O sea fácil de aplicar.

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Características

El diseño modular le permite seleccionar independientemente las E/S,

el estilo de terminación y la interface de redes de comunicación

Los módulos se deslizan juntos para instalación, desinstalación y

mantenimiento más fáciles

El sistema de cableado extraíble permite ahorrar tiempo y dinero

durante la instalación y la resolución de problemas.

Diagnósticos completos y características configurables hacen que

POINT I/O sea fácil de aplicar.

La desconexión y reconexión con la alimentación conectada (RIUP)

permite reemplazar módulos mientras el sistema está en operación.

Montaje horizontal o vertical sin necesidad de reducción del régimen

nominal.

La recuperación automática del dispositivo (ADR) reduce el tiempo

improductivo.

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Figura 2.2 POINT I/O componente de seguridad

Driver Allen-Bradley PowerFlex 525

El PowerFlex 525 es un variador de velocidad utilizado en el proyecto

para el control de los motores el cual consta de 4 motores, el motor

principal el cual se encuentra en el conveyor y tres para las estaciones.

La nueva generación de estos variadores ya cuentan con comunicación

mediante Ethernet/IP, programación USB y características de seguridad.

Este variador ofrece alimentación eléctrica de 0.4 a 22 kW (0.5 a 30 Hp)

con clases de voltaje global de 100 a 600 V, son funcionales para una

variedad de opciones de control de motores. El variador de CA PowerFlex

525 funciona hasta temperaturas de 70 °C y es ideal para trasportadoras,

ventiladores, bombas y mezcladoras.

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Para la programación del PowerFlex 525 este se programa por

comandos los cuales son establecidos por el operador y de igual manera en

las especificaciones del motor.

Figura 2.3 Driver Allen-Bradley PowerFlex 525 utilizados para la

regulación de la velocidad de los motores a utilizar.

Terminales gráficos PanelView

El HMI o PanelView es utilizado principal mente para el monitoreo de

la celda al igual que el cambio de receta del material, el diseño de este es

elaborado mediante el software FactoryTalk View Machine Edition el cual

te permite crear tu aplicación.

Estas terminales ofrecen conectividad Ethernet y le permiten monitorear

aplicaciones desde ubicaciones remotas con conectividad VNC.

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Figura 2.4 Terminales gráficos PanelView utilizado para la

visualización del proceso

Figura 2.5 software FactoryTalk View Machine Edition para la

elaboración de la aplicación del panelview

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Switches no administrados Ethernet Stratix 2000

Los switches no administrados Ethernet son ideales para redes

pequeñas de control. Estos interruptores aptos para la industria no

requieren configuración y usan conexiones de cable simples para una

conexión sencilla con controladores basados en Logix.

Características

Ofrece una solución compacta y de bajo costo

Incluye la capacidad para negociar automáticamente los ajustes

de velocidad y duplex

Opera con alimentación eléctrica de 20 VCA o 24 VCC

Incluye detección automática de cruce de cables

Figura 2.5 Switches no administrados Ethernet Stratix 2000 utilizado

para la interconexión de los componentes

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Fuentes de alimentación eléctrica de fuente conmutada de rendimiento

Las fuentes de alimentación eléctrica de fuente conmutada de

rendimiento usan una tecnología que reduce considerablemente el tamaño

de la unidad y ofrece un aumento de la alimentación eléctrica del 150 %.

Atractivos y compactos, estos dispositivos altamente eficientes tienen

corriente de reserva suficiente disponible para arrancar incluso las cargas

más exigentes.

En este proyecto esta fuente de alimentación se encargara de alimentar a

los componentes que usan un voltaje de alimentación de 24 Vcd.

Estas son algunas características de esta fuente de alimentación.

Incluye salidas con clasificación entre 80 y 960 W (3.3 a 40 A a 24

VCC).

Incluye múltiples entradas monofásicas y trifásicas disponibles

para aplicaciones globales.

Proporciona los módulos de búfer para una función de refuerzo

contra cortocircuito al almacenar en búfer corrientes de carga durante

fallos típicos de la red eléctrica, eventos de conmutación o picos de carga.

Proporciona módulos de redundancia para administrar fuentes

de alimentación eléctrica dobles para alimentación eléctrica de respaldo.

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Figura 2.6 Fuentes de alimentación eléctrica de fuente conmutada de

rendimiento de 24 v para energizar los componentes

Robótica Aplicada

La robótica es una rama de la tecnología la cual se encarga de estudiar

el diseño y construcción de máquinas capaces de realizar tareas realizadas

por el ser humano al igual que es un conjunto de conocimientos teóricos y

prácticos que permiten realizar y automatizar sistemas basados en

articulaciones mecánicas y destinados a la producción industrial o sustituir

al hombre en muy diversas actividades.

Los inicios de la robótica se pudieron observar en los tiempos de la

industria textil cuando se inventó una maquina textil programable

mediante tarjetas perforadas.

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En 1954 se diseña el primer robot programable así continua hasta 1973

cuando se i

En la actualidad la robótica ha logrado grandes avances y se espera siga

evolucionando.

Clasificación de robots industriales

En el ámbito industrial existen varios tipos de robots los cuales se clasifican

dependiendo de las funcionalidades de estos a continuación se presentaran las

clasificaciones de los robots industriales.

Manipuladores

Son robots los cuales cuentan con un sistema mecánico multifuncional los

cuales cuentan con un sistema de control bastante sencillo de los cuales facilita

la manipulación del movimiento de sus elementos. Entre estos podemos

encontrar los siguientes:

Manual: es cuando el operador controla directamente al robot.

De secuencia fija: cuando la tarea se realiza con de forma constante no varia

De secuencia variable: cuando el trabajo puede sufrir algunos cambios en

los ciclos.

Este tipo de robots son recomendables cuando el trabajo a realizar es

sencillo r repetitivo.

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Figura 3.1 Robot manipulador utilizado en la mayoría de las industrias

Robot de repetición o aprendizaje

Son manipuladores que se limitan a repetir una secuencia de movimientos,

previamente ejecutada por un operador, haciendo uso de un controlador

manual, son los cuales se recrea el trabajo a realizar y el robot lo aprende y

posteriormente lo ejecuta.

Robots con control por computador

Son robots los cuales se programan por computador comúnmente suelen ser

microcontroladores.

En este tipo de robot el operario no necesita de la manipulación del robot el

programa del computador solo realizara el trabajo.

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Robots inteligentes

Son capaces de relacionarse con el mundo que les rodea a través de sensores

y tomar decisiones en tiempo real (auto programable).

5.1 Software de simulación

El robot que se utilizó para este proyecto fue el FANUC M-410ic/185 el

cual es un robot para paletizado diseñado especialmente para esta tarea.

Este robot cuenta con cuatro ejes los cuales le permiten lograr una alta

precisión, manipulación y velocidad en cargas de hasta 185 Kg.

este robot cuanta cuenta con un software el cual permite poder simular

tanto los movimientos como el proceso y programación del robot, este

software es el Robo GUIDE de igual manera perteneciente a la marca

FANUC, el cual es una gran herramienta ya que nos permite aprender y

simular la programación del robot sin correr ningún riesgo.

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Figura 3.2 RoboGuide utilizado para la simulación del robot

5.2 Programación

El lenguaje utilizado para la programación del robot es basado

mediante puntos los cuales el programador realiza manualmente y los

graba en el controlador. Registros; los cuales son variables dadas por el

programador. Y los registros de posición que al igual que los registros

son variables grabadas mediante puntos por el programador;

dependiendo de la tarea a realizar del robot quedara a decisión del

programador elegir el método más viable para la elaboración del

programa.

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IV. CONCLUSION

Actualmente gracias a los avances de la tecnología las industrias pueden

obtener cada vez mejores formas de mejorar sus procesos ya sea de

producción o de servicios y todo esto gracias a la automatización, ya que

con ella se buscan reducir tiempos y costos.

En este proyecto en particular se realizó un sistema de paletizado el cual

gracias al avance de la robótica existen ya robots especializados a los

diferentes tipos de tareas como lo es el FANUC M-410ic/315 empleando así un

excelente desempeño.

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V. BIBLIOGRAFIA

FANUC Robotics. (2009). Obtenido de FANUC Robotics: http://www.fanucrobotics.com.mx

IDtec automatizacion. (2010). Obtenido de IDtec automatizacion: http://www.idtec.com.mx

Road, W. H. (2010). FANUC Robotic Manual de estudiante Operacion de Robot.

RockWell Automation Allenb-Bradley. (2010).

Sendra, J. B. (2000). Automatas programables .

Solé, A. C. (2010). Instrumentacion industrial.