Trabajo Final:

Automatización Industrial I

Proceso de fabricación en línea de

producción continua:

Cortadoras de cerámica

Alumnos:

Luciano Mulki Aguilera

Ignacio Olmedo

UNSE- FCEyT

Año: 2009

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SANTIAGO DEL ESTERO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍAS

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL I

TRABAJO FINAL: Automatización de Cortadora de Cerámicos

Indice:

1. Introducción.

2. Marco teórico:

Sensores Digitales:

- Detectores o interruptores de proximidad inductivos. - Detectores fotoeléctricos.

- Interruptores de acción mecánica.

Pre accionamientos o “Drivers”: - Electroválvulas. (Tipos)

- Contactores. (Criterio de selección) - Variadores.

Actuadores o Accionamientos:

- Eléctricos (Motores) - Neumáticos. (Cilindros)

Elementos de seguridad:

- Interruptores de seguridad en cerraduras.

3. Desarrollo del programa para el control:

- Lista de: tipo y cantidad de sensores con su ubicación; y actuadores con sus preaccionamientos a controlar.

- PLC seleccionado. - Secuencia de eventos. Criterios para la programación. - Definición de Entradas/Salidas.

4. Programa en Twido Suite 2.0:

- Ladder del Trabajo.

Selección de la tecnología A continuación se describirán los criterios con que fueron seleccionados los sensores

Antes de empezar:

• La experiencia del cliente y sus conocimientos sobre sensores pueden ayudar a descartas algunas posibilidades desde el principio. • No aconseje tecnologías que el usuario o el instalador no puedan configurar

adecuadamente. •¿Cuál es la aplicación? Empiece por una descripción completa.

Sensores de proximidad inductivos:

Los sensores de proximidad inductivos son dispositivos de estado sólido diseñados para

detectar objetos metálicos. Con una correcta instalación, esta tecnología sin contactos junto con la ausencia de partes móviles hace que los sensores de proximidad inductivos

no estén sujetos a daños ni desgaste mecánicos. Además, funcionan bien en ambientes muy sucios, en los cuales no se ven afectados por la acumulación de contaminantes tales como polvo, grasa, aceite u hollín en la cara de detección. Esto hace de la tecnología

inductiva un candidato ideal para aplicaciones industriales intensas. Los sensores de proximidad inductivos operan según el principio del oscilador

neutralizado de corrientes parásitas (ECKO, Eddy Current Killed Oscillator). Estos sensores están diseñados para generar un campo electromagnético. Cuando un objeto metálico entra en este campo, se inducen corrientes de superficie (corrientes parásitas)

en el objeto metálico, las cuales restan energía al campo electromagnético, dando lugar a una pérdida de energía en el circuito del oscilador y, por tanto, a una reducción de la

amplitud de la oscilación. El circuito activador detecta este cambio y genera una señal de encendido o apagado. Cuando el objeto sale del campo electromagnético, el oscilador se regenera y el sensor vuelve a su estado normal.

Los sensores de proximidad inductivos detectan tanto metales férricos (que contienen

hierro) como no férricos. Generalmente, estos dispositivos se utilizan para detectar la posición de objetos metálicos en procesos de maquinado automatizado, o bien para

detectar piezas metálicas en procesos de montaje automatizado y en operaciones de detección de presencia de envases metálicos en procesos automatizados de envasado de alimentos o bebidas.

Un sensor de proximidad inductivo consta de cuatro componentes básicos :

• conjunto de núcleo de ferrita y bobina

• oscilador

• circuito activador o de disparo

• circuito de salida

El conjunto de núcleo de ferrita y bobina genera un campo electromagnético a partir de la energía eléctrica suministrada por el oscilador.

Oscilador

El oscilador suministra energía eléctrica al conjunto de núcleo de ferrita y bobina.

Circuito activador

El circuito activador detecta cambios en la amplitud de la oscilación. Estos cambios se producen cuando un objeto metálico entra o sale del campo

electromagnético irradiado desde la cara del sensor. Salida de estado sólido

Cuando se detecta un cambio suficiente en el campo electromagnético, la salida de

estado sólido proporciona una señal eléctrica para la conexión en interfase con un PLC o una lógica de máquina. Esta señal indica la presencia o ausencia de un objeto metálico en el campo de detección.

Consideraciones relativas al objeto

La distancia de operación de un sensor de proximidad inductivo varía para cada objeto y cada aplicación. La capacidad de un sensor de detectar un objeto depende del material del objeto metálico, de su tamaño y forma.

Margen de detección frente a material y tamaño del objeto La distancia de operación nominal (Dn) es una cifra convencional empleada para designar la distancia a la que un objeto estándar que se aproxima a la cara del sensor

causa un cambio en la señal de salida. Por objeto estándar se entiende una pieza cuadrada de acero dulce de 1 mm de grosor (0,04 pulgadas) con una longitud lateral

igual al diámetro de la cara de detección o tres veces la distancia de operación nominal (el valor que sea mayor).

La distancia de operación nominal se utiliza como punto de referencia para objetos estándar de acero dulce. En aplicaciones típicas, la distancia de operación no sólo

depende de la composición del objeto, sino también de su tamaño y forma. La distancia de operación nominal de un objeto estándar de acero dulce debe multiplicarse por un factor de corrección para determinar la distancia de operación nominal para otros tipo s

de metales.

Efectos del material del objeto En la siguiente figura se muestran los factores de corrección típicos para diferentes

metales.

El factor de corrección se utiliza para determinar la distancia de detección para

materiales que no sean de acero dulce estándar. La composición del objeto tiene un efecto importante sobre la distancia de detección de los sensores de proximidad inductivos. Si se utiliza un objeto fabricado con uno de los materiales listados, deberá

multiplicarse la distancia de detección nominal por el factor de corrección correspondiente con el fin de determinar la distancia de detección nominal. Obsérvese

que los sensores selectivos no férricos no detectarán acero ni aceros inoxidables de tipo férrico. Asimismo, los sensores selectivos tipo férricos no detectarán metales no

férricos. Los factores de corrección que aparecen a continuación son sólo de referencia. Consulte la hoja de especificaciones del producto para el sensor que se desee usar. Los

materiales comunes y sus factores de corrección específicos se incluyen en la página de especificaciones de cada producto.(rango de detección nominal) x (factor de corrección)

= margen de detección

Blindaje Los sensores de proximidad tienen bobinas enrolladas en núcleo

de ferrita. Estas pueden ser blindadas o no blindadas. Los sensores no blindados generalmente tienen una mayor distancia de sensado que los sensores blindados

Blindado No Blindado

Sensores de proximidad Inductivos blindados

El núcleo de ferrita concentra el campo radiado en la dirección del uso. Se le coloca alrededor del núcleo un anillo metálico para restringir la

radiación lateral del campo. Los sensores de proximidad blindados pueden ser montados al raz de

metal, pero se recomienda dejar un espacio libre de metal abajo y alrededor de la superficie de sensado.

Sensores de proximidad Inductivos no blindados

Un sensor de proximidad no blindado no tiene el anillo de metal rodeando el núcleo

para restringir la radiación lateral del campo. Los sensores no blindados no pueden ser montados al ras de un

metal .Estos deben tener un área libre de metal alrededor de la superficie de sensado.

Características de respuesta

Los detectores de proximidad responden a un objeto solo cuando están dentro de un área definida enfrente de la cara de sensado del interruptor.

El punto en el cual el interruptor de proximidad reconoce un objetivo entrante es el punto de operación.

El punto en el que un objetivo saliendo hace que el dispositivo conmute de nuevo a su estado normal se le conoce como punto de desarme . El área entre estos dos puntos es llamado la zona de histéresis

Modelos de sensores de corriente directa

Aunque hay en el mercado algunos dispositivos de 2 hilos de corriente directa (DC). Los modelos de sensores inductivos típicamente son de 3 ó 4 hilos los cuales requieren una fuente de poder separada. Algunos modelos usan de conmutador transistores NPN

y otros usan transistores PNP

Algunos modelos de sensores

Los sensores inductivos están disponibles en una gran cantidad de tamaños y disposiciones para apegarse a distintos tipos de aplicaciones.

Ventajas y desventajas de los sensores de proximidad inductivos

Las ventajas de los sensores de proximidad inductivos son:

1. No se ven afectados por la humedad.

2. No se ven afectados por el polvo o la suciedad. 3. Carecen de partes móviles, por lo que no hay desgaste mecánico. 4. No dependen del color.

5. Tienen una dependencia menor de la superficie que otras tec-nologías de detección. 6. No existe una zona ciega.

Sensor DC de 2 hilos

Sensor DC de 3 hilos

Sensor DC de 4 hilos

Los inconvenientes de los sensores de proximidad inductivos son :

1. Sólo detectan la presencia de objetos metálicos.

2. El margen de operación es más corto que el de otros dispositivos de detección disponibles. 3. Pueden verse afectados por campos electromagnéticos intensos.

Para este trabajo se seleccionaron los siguientes sensores inductivos:

Tres sensores de proximidad 871TM 3-cables DC para motores de las cortadoras.

Se adjunta hoja de datos del sensor.

Sensores fotoeléctricos

En su forma más básica, un sensor fotoeléctrico se puede considerar como un interruptor en el que la función del accionador mecánico o palanca se sustituye por un haz de luz. Al sustituir la palanca por un haz de luz, el dispositivo se puede utilizar en

aplicaciones que requieren distancias de detección que vayan de menos de 2,54 cm (1 pulgada) a cien metros o más (varios cientos de pies).

Todos los sensores fotoeléctricos operan detectando un cambio en la cantidad de luz recibida por un fotodetector. El cambio de luz permite al sensor captar la presencia o ausencia del objeto así como su tamaño, reflectividad, opacidad, translucidez o color.

Los sensores fotoeléctricos logran una detección precisa de objetos sin contacto físico. Existe una gran variedad de sensores fotoeléctricos, cada uno de los cuales ofrece una

combinación única de funciones de detección, características de salida y opciones de montaje. Muchos sensores cuentan con funciones incorporadas de lógica o conexión en red de dispositivos que les permiten operar de manera autónoma en aplicaciones que de

otra manera necesitarían circuitos lógicos externos o un controlador programable.

Diseño de los sensores fotoelectricos Una fuente de luz envía luz hacia un objeto. Un receptor de luz, dirigido hacia el mismo objeto, detecta la presencia o ausencia de luz directa o reflejada procedente de la fuente. La detección de esta luz genera una señal de salida (que puede ser analógica o digital)

hacia un accionador, controlador o computadora. Algunos sensores modifican la señal de salida con lógica de temporización, escalas o ajustes de desplazamiento.

Los sensores fotoeléctricos constan de cinco componentes básicos:

• fuente de luz

• detector de luz • lentes

• circuito lógico • salida

Componentes básicos

Fuente de luz

La mayoría de los sensores fotoeléctricos utilizan un diodo emisor de luz (LED) como

fuente de luz. Los LED son semiconductores de estado sólido que emiten luz cuando se les aplica corriente y están diseñados para emitir longitudes de onda específicas, o

colores, de luz. En la mayoría de los sensores fotoeléctricos se utilizan LED infrarrojos o rojos, verdes y azules visibles. El LED y sus correspondientes circuitos reciben, en conjunto, el nombre

de emisor.

Cada color de LED ofrece características diferentes. Los infrarrojos son los más eficaces, ya que son los que más luz y menos calor generan y se utilizan en sensores en

los que se necesita una salida de luz máxima para un rango de detección extenso. En muchas aplicaciones conviene tener un haz de luz visible para ayudar a configurar o

confirmar la operación del sensor. El color rojo visible es el más eficaz para esto. Los LED rojos, azules y amarillos visibles se utilizan en aplicaciones en las que se deben

detectar colores o contrastes específicos, y también se utilizan como indicadores de estado en sensores fotoeléctricos. En los últimos tiempos también se han empezado a utilizar diodos de láser como fuentes

de luz fotoeléctricas, los cuales presentan las siguientes características:

• emisión de luz de longitud de onda (color) invariable • diámetro de haz pequeño

• mayor alcance Las fuentes de láser suelen costar más que las fuentes de luz LED.

Además, el pequeño tamaño del haz de la luz emitida, si bien aumenta la posible distancia de detección máxima, puede quedar interrumpida más fácilmente por

partículas que floten en el aire. Al instalar este sistema, es necesario seguir los procedimientos de seguridad estándar para evitar que el haz de láser quede indebidamente expuesto.

Los LED son resistentes, confiables e ideales para los sensores fotoeléctricos. Operan con un amplio margen de temperatura y son muy resistentes a los daños provocados por

choques y vibraciones.

Modulación de un led Una de las mayores ventajas de los LED es su capacidad de encenderse y apagarse

rápidamente. Esto permite controlar los pulsos o establecer la modulación de la fuente. La cantidad de luz generada por un LED se determina por la cantidad de corriente que conduce. Para aumentar el alcance de un sensor fotoeléctrico se debe aumentar la

cantidad de corriente. Sin embargo, los LED también generan calor. Para ello, existe un límite máximo de calor que se puede generar antes de que un LED sufra dañados o se

destruya. Los sensores fotoeléctricos conmutan o modulan rápidamente la corriente conducida por un LED. Un ciclo de trabajo suave o poco intenso (normalmente inferior al 5%) permite

que la cantidad de corriente y, por tanto, la cantidad de luz emitida excedan con creces el límite permisible en una operación continua.

La tasa de modulación o frecuencia a menudo excede los 5kHz, una velocidad mucho mayor a la que puede detectar el ojo humano .

Detector de luz

Componente que se utiliza para detectar la luz procedente de la fuente de luz. El detector de luz, compuesto por un fotodiodo o fototransistor, es un componente de

estado sólido que proporciona un cambio en la corriente conducida dependiendo de la cantidad de luz detectada. Los detectores de luz son más sensibles a ciertas longitudes

de onda de luz. La respuesta espectral de un detector de luz determina su sensibilidad a distintas longitudes de onda del espectro de luz. A menudo, para mejorar su eficacia de detección, el LED y el detector de luz están acoplados espectralmente. El detector de luz

y sus correspondientes circuitos reciben, en conjunto, el nombre de receptor.

Las superficies de la mayoría de los objetos tienen por lo menos un pequeño nivel de reflectividad. Por otro lado, las superficies opacas son desiguales y tienden a reflejar la luz en muchas direcciones, en tanto que las superficies lisas y pulidas tienden a dirigir la

luz siempre en la misma dirección, provocando un efecto visual como el brillo de un espejo o deslumbramiento. Esto se conoce generalmente como reflejo especular. El

ángulo del reflejo especular es el mismo que el ángulo de la luz de origen. La cantidad y tipo de reflectividad de los objetos es un elemento importante que se debe tener en cuenta. Más adelante trataremos este punto.

En un sensor fotoeléctrico, el fotodetector puede recibir luz directamente desde la fuente

o los reflejos.

Circuito lógico

El circuito lógico del sensor proporciona la electrónica necesaria para modular el LED, ampliar la señal del sensor y determinar si se debe activar la salida.

Dispositivo de salida

Una vez detectado el cambio de luz suficiente, el detector fotoeléctrico activa un dispositivo de salida. Existen muchos tipos de salidas discretas y analógicas, cada una

con sus propias ventajas e inconvenientes (este tema se trata en la sección Salidas y cableado).

Circuito básico

Los detectores fotoeléctricos pueden encontrarse en paquetes separados para emisor y receptor, o en una sola unidad. En la Figura 7.7 el fotodiodo activa la salida cuando se detecta luz. Cuando un objeto

interrumpe el haz entre el emisor y el receptor, la salida se desactiva.

Figura 7.7

En la Figura 7.8 el emisor, el receptor y el circuito lógico se incluyen en la misma carcasa. La salida se activa cuando la luz se refleja en un objeto y vuelve al receptor.

Cuando el objeto está presente, la salida se activa. Si el emisor, el receptor y el circuito lógico están en el mismo paquete, es más fácil

diseñar un control que limite las interferencias (detección de otras fuentes de luz modulada).

Detección sincrónica

El receptor está diseñado para detectar pulsos de luz procedentes de un emisor de luz modulada. Para aumentar la precisión de la detección, el receptor y el emisor de luz están sincronizados. El receptor capta pulsos de luz idénticos a los pulsos generados por

el emisor de la luz. La detección sincrónica ayuda a un sensor fotoeléctrico a ignorar pulsos de luz de otros

sensores fotoeléctricos cercanos, o de otras fuentes de luz pulsada, como luces fluorescentes. Las luces fluorescentes, que utilizan reactores de alta frecuencia de tipo invertidor, requieren precauciones adicionales.

La detección sincrónica es más común cuando la fuente de luz y el receptor están en la misma carcasa para todos los modos de detección, salvo la detección de haz transmitido.

También es normal que los controles separados no puedan realizar una detección sincrónica.

Lentes Generalmente, los LED emiten luz y los fotodetectores son sensibles a la luz en una amplia zona. Para estrechar o definir esta zona se utilizan lentes con los LED y fotodetectores. A medida que se estrecha la zona, el alcance del LED o de los

fotodetectores aumenta. En consecuencia, las lentes aumentan la distancia de detección de los sensores fotoeléctricos.

El haz de luz de una combinación de LED y lente suele tener forma cónica. En la mayoría de los sensores, el área del cono aumenta con

la distancia. Sin embargo, las fuentes de luz láser son estrechas y paralelas. El láser tiende a

desviarse ligeramente cuando está cerca de su distancia de detección máxima.

Margen de detección

Campo de visión

Algunos sensores fotoeléctricos están optimizados para distancias de detección mayores. El campo de visión de estos sensores es bastante estrecho; sin embargo, la

alineación puede ser difícil si el campo de visión es demasiado estrecho. Otros sensores fotoeléctricos están diseñados para la detección de objetos dentro de una zona ancha.

Estos sensores tienen un campo de visión más ancho, pero un alcance general más reducido.

El campo de visión es como una manguera de jardín con una boquilla al final. Cuando

se ajusta el chorro, se logra un alcance mayor mediante un chorro/haz fino. Cuando el chorro/haz se hace más ancho, la distancia máxima disminuye.

El campo de visión típico va de 1,5° a 7° para distancias máximas y facilidad de alineación. Los sensores con haces de más de 40° se llaman “de gran angular”. Los sensores con haces que convergen se suelen llamar “de foco fijo”.

El punto luminoso para un sensor con un campo de visión de 1,5° es de entre 7,6 cm (3 pulgadas) a 3,05 m (10 pies), lo cual dificulta mucho la alineación. Un sensor con un campo de visión de 3° tiene un punto luminoso de entre 15,2 cm (6 pulgadas) a 3,05 m

(10 pies), lo cual hace más fácil la alineación.

Contorno del haz La mayoría de los sensores no tienen un campo de visión perfecto debido a diversas características ópticas. Por ello, la operación general de un sensor se puede definir con

mayor exactitud mediante un diagrama del contorno del haz.

Este contorno del haz indica que se puede detectar un objeto reflectivo dentro de la zona

mostrada (área cónica de 360°). Todo objeto que esté fuera de esta zona será ignorado. Debe tenerse en cuenta que los ejes horizontal y vertical pueden tener escalas

diferentes. Aunque se puede utilizar la especificación del campo de visión para calcular el desempeño del sensor, los diagramas de contorno son más precisos y, si se puede

disponer de ellos, es lo que se debe utilizar. Todos los diagramas de contorno se generan en condiciones limpias de detección con

una alineación óptima. El contorno del haz representa la zona de detección típica más grande y no debe considerarse como exacta. El polvo, la contaminación y la niebla reducen la zona de detección y el margen de operación del sensor.

Haz efectivo

El haz efectivo de un sensor fotoeléctrico corresponde a la luz que sale del lente emisor y llega al lente receptor. Tanto el tamaño como la forma del haz efectivo se ven

afectados por el modo de detección.

Distancia máxima de detección Esta especificación se refiere a la distancia de detección:

• desde el sensor al reflector en sensores retrorreflectivos y sensores retrorreflectivos polarizados

• desde el sensor al objeto normal en todo tipo de sensores de detección difusa

• desde la fuente de luz al receptor en sensores de haz transmitido

La mayoría de los ambientes industriales crean contaminación en los lentes del sensor, los reflectores y los objetos. Estos ambientes también pueden generan agentes

contaminantes en suspensión como vapor, partículas flotantes o aerosoles. En estos casos, los sensores se deben aplicar a distancias más cortas para aumentar el margen de

operación hasta un valor aceptable y mejorar así la precisión. La distancia de detección viene garantizada por el fabricante; por ello, las distancias para muchos sensores fotoeléctricos son bastante conservadoras. De hecho, la verdadera

distancia de detección disponible puede superar esta especificación.

Margen

El margen (también llamado margen de operación, ganancia excesiva) es un concepto

importante que se debe comprender al aplicar sensores fotoeléctricos. El mantenimiento necesario para una aplicación de detección fotoeléctrica se puede minimizar si se

obtienen los mejores niveles de margen para dicha aplicación. El margen corresponde a una medida de la cantidad de luz procedente de la fuente de luz que es detectada por el receptor. El margen se explica mejor con los siguientes

ejemplos:

• Un margen de "0" se produce cuando el detector de luz no puede detectar la luz emitida por la fuente de luz. • Un margen de "1" se obtiene cuando se detecta la luz suficiente para conmutar el

dispositivo de salida (de apagado a encendido o de encendido a apagado). • Un margen de "20" se obtiene cuando se detecta 20 veces el nivel mínimo de luz

necesario para conmutar el estado del dispositivo de salida.

y normalmente se expresa como una proporción o un número entero seguido de una “X.” Un margen de "6" se puede expresar como 6:1 o como 6X.

En los catálogos de la mayoría de los sensores se incluyen una curva que muestra cuál es el margen típico dependiendo de la distancia de detección. Por lo genera, se recomienda un margen de por lo menos 2X para los ambientes industriales. En

ambientes muy contaminados es mejor un margen de operación de 10X, o más.

El margen máximo de detección de este sensor es de 1 m (39,4 pulgadas) hasta un

objeto estándar. Se puede obtener un margen de 4X a aproximadamente la mitad de esa distancia, vale decir 500 mm (19,7 pulgadas).

Hasta aquí se hizo una presentación de los principios físicos que deberán tenerse en cuenta para la selección de los distintos tipos de sensores fotoelectricos y su puesta en

funcionamiento. En este trabajo se se utilizaron los sensores del tipo detección de haz transmitido los

cuales se describirán detalladamente a continuación.

Detección de haz transmitido

En este modo de detección, la fuente de luz (emisor) y el receptor se encuentran en carcasas distintas. Las dos unidades se colocan una frente a la otra de manera que la luz

del emisor ilumine directamente al receptor. Para detectar el objeto, el haz que se extiende entre la fuente de luz y el receptor no puede verse interrumpido.

Los sensores de haz transmitido proporcionan las distancias de detección más largas y el mayor nivel de margen de operación. Por ejemplo, algunos sensores pueden detectar

objetos a distancias de hasta 274 m (900 pies). Los márgenes de aplicación de haz transmitido pueden ser de más de 10,000X a distancias de menos de 10 m (31 pies).

Por esta razón, el haz transmitido es la mejor opción para ambientes industriales muy sucios o polvorientos. Algunos sensores fotoeléctricos ofrecen un margen de 300X a una distancia de detección de 3 m (9.8 pies). A esta distancia, los sensores continúan

operando incluso si prácticamente toda el área comprendida por el lente del emisor y el receptor esté cubierta por agentes contaminantes.

Cómo obtener un haz efectivo óptimo El haz efectivo de un sensor de haz transmitido es equivalente al diámetro del lente del emisor y el receptor. La detección exacta se logra cuando el objeto es opaco e

interrumpe al menos el 50% del haz efectivo.

La detección de objetos menores que el 50% del haz se logra reduciendo el diámetro del haz con aberturas situadas en la parte frontal del emisor, el receptor, o ambos.

Las aplicaciones más confiables de haz transmitido tienen un margen muy elevado

cuando el objeto está ausente y un margen de cero (o cercano a cero) cuando el objeto está presente.

Alineación del sensor La alineación del sensor se consigue mediante los siguientes pasos: 1. Apunte el receptor a la fuente de luz.

2. Desplace despacio el sensor hacia la izquierda hasta que la fuente de luz ya no se detecte. 3. Tome nota de esta posición, desplace el sensor despacio hacia la derecha y tome nota

de cuándo deja de detectarse el reflector. 4. Centre el receptor entre estas dos posiciones y luego desplácelo hacia arriba y hacia

abajo para centrarlo verticalmente

Contorno del haz

El contorno del haz de un sensor de haz transmitido representa el límite dentro del cual

el receptor capta eficazmente la señal del emisor, suponiendo que la alineación angular sea correcta. La alineación angular incorrecta entre el emisor y el receptor disminuirá el tamaño de la zona de detección. Los contornos para los sensores de haz transmitido

sirven para determinar el espacio mínimo necesario entre pares adyacentes de sensores de haz transmitido, lo cual evita un cruce óptico entre un par de sensores y el siguiente.

Ventajas y desventajas de la detección de haz transmitido

Ventajas Las ventajas de la detección de haz transmitido son: 1. Por norma general, siempre es mejor utilizar sensores fotoeléctricos de haz

transmitido. Mientras el objeto que se debe detectar bloquee por completo el haz de luz frontal, el

uso de sensores fotoeléctricos de haz transmitido siempre dará como resultado la detección fotoeléctrica más confiable. (Un sensor de proximidad inductivo es la primera opción para detectar objetos de metal que pasen lo suficientemente cerca del sensor

como para producir una detección exacta.) 2. A causa del haz efectivo claramente definido, los sensores de haz transmitido suelen

ser los más confiables para el conteo exacto de piezas. 3. El uso de sensores de haz transmitido elimina la variable del color o la reflectividad de la superficie.

4. Los sensores de haz transmitido ofrecen el margen más alto. 5. Dada su capacidad de detectar a través de suciedad acumulada, polvo, bruma,

condensación, aceite y películas de material, los sensores de haz transmitido son más confiables antes de que haga falta limpiarlos y, por ello, tienen un bajo costo de mantenimiento.

6. Pueden detectar piezas pequeñas o posiciones precisas (utilizando pequeñas aberturas o fibras ópticas).

7. Detectan líquidos o sólidos opacos dentro de contenedores translúcidos o transparentes. A veces se pueden utilizar los sensores de haz transmitido para

“atravesar” cajas o contenedores de paredes delga-das para detectar la presencia, ausencia o nivel del producto que hay en su interior.

8. Se puede colocar un par de sensores de haz transmitido para que converjan mecánicamente en un punto situado por delante del sen-sor. Este tipo de configuración

suele dar una mayor profundidad de campo que los sensores difusos de corte abrupto (haz convergente). Se pueden configurar pares de emisores y receptores de alta poten-cia para la detección mecánica de corte abrupto de largo alcance.

9. Al usar un emisor y receptor mecánicamente convergentes, se puede detectar la diferencia entre una superficie brillante y una opaca basándose en el reflejo especular.

La superficie brillante devuelve la luz emitida a un receptor si las dos unidades están montadas en ángulos iguales y opuestos al eje perpendicular de la superficie brillante. Esta luz es difundida por cualquier superficie no reflectiva que tape o sustituya a la

superficie brillante. Como ejemplo podemos citar la detección de la presencia de tela (superficie opaca) en una máquina de coser (superficie brillante). El reflejo especular se

utiliza también para monitorear o inspeccionar la orientación o la calidad de la superficie de una pieza brillante.

Desventajas

Los inconvenientes de los sensores de haz transmitido son: 1. Cuando se utilizan a corta distancia, algunos pares de haz transmitido tienen tanto

margen que tienden a ver a través de materiales opacos de lgados (papel, tela, plásticos) y resulta difícil establecer un punto de operación de control de sensibilidad debido al

exceso de margen. Para corregir este problema, es posible que haya que atenuar mecánicamente la señal añadiendo aberturas sobre los lentes. 2. Las piezas muy pequeñas que no alcanzan a interrumpir el 50% del haz efectivo

pueden ser difíciles de detectar con exactitud. Se pueden utilizar aberturas, lentes o fibras ópticas para definir el haz efectivo con una mayor precisión y obtener así una

detección más confiable. Nota: El uso de aberturas reduce el margen de un sensor. La alineación resulta más difícil.

3. Es posible que la detección de haz transmitido no sea la adecuada para detectar objetos translúcidos o transparentes. Los elevados niveles de margen permiten al sensor

“ver a través” de estos objetos. Aunque con frecuencia es posible reducir la sensibilidad del receptor, es mejor utilizar sensores diseñados para detectar objetos transparentes,

como sensores fotoeléctricos o sensores ultrasónicos.

El sensor que se utilizo fue el Allen-Bradley “Minisight”. Se adjunta hoja de datos

FINALES DE CARRERA

Son sensores de proximidad por contacto en este trabajo se utiliza uno para

detectar el corte del alambre de la cortadora simple

Principio de Funcionamiento.

El final de carrera es de tipo electromecánico, y es el sensor de proximidad más

sencillo y robusto. Por medio de una fuerza externa aplicada sobre un muelle se cierra o se abre un

contacto eléctrico. Posee una salida NA y una salida NC que conmutan en la presencia de dicha fuerza

En la siguiente figura se muestra la composición interna de este tipo de sensores.

En este caso usaremos finales de carrera con marca “Telemecanique” modelo

“OSISWITCH XCMD2115L1”, cuya imagen se ve a continuación.

Sensores de campo magnéticos para cilindros neumáticos

Principio de funcionamiento

Los sensores de campo magnético reaccionan a los campos magnéticos y se utilizan especialmente para determinar la posición de los pistones en cilindros neumáticos.

Basados en el hecho de que los campos magnéticos pueden traspasar metales no magnetizables, este tipo de sensor está diseñado para detectar a través de la pared de aluminio de un cilindro por medio de un imán permanente fijo en el pistón.

Para el trabajo se selecciono el sensor de campo magnético para cilindros neumáticos BIM-UNT-AP6X/S1139 marca TURK. Se adjunta hoja de datos

Pre accionamientos o “Drivers”

Electrovalvulas

Una válvula es un dispositivo que permite establecer o cortar la conexión hidráulica

o neumática entre dos o mas conductos o vías. En cualquier válvula hay que distinguir

dos partes: el elemento de mando y el circuito de potencia. El elemento de mando se encarga de conmutar la conexión neumática entre

conductos del circuito de potencia. El mando puede ser de tipo eléctrico (electroimán), manual, hidráulico o neumático. En el caso de que sea eléctrico se las llama electroválvulas.

Las válvulas suelen clasificarse atendiendo al número de posiciones distintas que permite el circuito de mando y al número de vías de entrada y /o salida del circuito de

potencia en cada posición. Así por ejemplo, una válvula de 4/2 indica una válvula de 4 vías y 2 posiciones.

Las válvulas de 2 posiciones pueden clasificarse además, en monoestables o

biestables. Las primeras tienden, en ausencia de mando, a una posición fija de reposo (generalmente obligada por un muelle). Las biestables y en ausencia de mando, pueden

permanecer en cualquiera del las dos posiciones. Para este trabajo se selecciono una electroválvula 2V1-G01 del tipo 2/2. Ver fotografía en siguiente hoja

Se adjunta hoja de datos.

Arrancadores suaves Se utilizaron los arrancadores suaves tipo SSW-05plus

Las Micro Soft-Starters SSW-05 Plus con control DSP (Digital Signal Processor) fueron proyectadas para garantizar óptimo desempeño en el arranque y en la parada de los motores.

Permitiendo fácil ajuste, simplifica las actividades de star t-up y de operaciones cotidianas.

Las Micro Soft-Star ters SSW-05 Plus son compactas, contribuyendo para la optimización del espacio en los tableroseléctricos. La Micro Soft-Star ter SSW-05 Plus yaincorpora todas las protecciones para

su motor eléctrico.

CONTACTORES

De acuerdo a las normas IRAM un contactor es un dispositivo mecánico de

conexión, que tiene una sola posición de reposo, no accionado en forma manual, capaz de establecer, conducir e interrumpir las corrientes en condiciones normales del circuito,

incluyendo las condiciones de sobrecarga en servicio.

Son aparatos comandados a distancia que tienen un juego de contactos fijos y uno de contactos móviles que se cierran mediante la atracción de un electroimán.

Un contactor accionado por energía magnética, consta de un núcleo magnético y de una bobina capaz de generar un campo magnético suficientemente grande como para

vencer la fuerza del resorte antagónico que mantiene separada del núcleo una pieza, también magnética, solidaria al dispositivo encargado de accionar los contactos eléctricos.

1. Contactos móviles 5. Bobina 2. Contactos fijos 6. Espira de Sombra (en CA) 3. Armadura magnética móvil 7. Núcleo magnético fijo

4. Resortes antagónicos. 8. Alimentación de la bobina

Su construcción es sencilla, robusta, de volumen reducido, de bajo consumo, poco mantenimiento y precio económico. Cuando se instalan contactores siempre hay dos circuitos, el circuito principal, donde

están las partes conductoras que el contactor debe abrir y cerrar (contactos principales), y el circuito de mando destinado a la alimentación del electroimán de accionamiento.

Los contactores poseen además contactos auxiliares acoplados mecánicamente a los contactos principales, que pueden ser NA o NC, y son usados en los circuitos de mando. Estos elementos deben ser seleccionados adecuadamente de acuerdo a la corr iente

nominal de trabajo. Se utilizaron contactores de la serie LC1-D09 en serie con guarda motores GV2P08 y

GV2P10 según recomendación de fabricante ( TELEMECANIQUE) con coordinación tipo 1, 2 productos.

Actuadores

CILINDROS

Un cilindro neumático o hidráulico es un accionamiento que permite obtener un

movimiento lineal aplicando una presión a uno u otro lado del émbolo. Según sus posibilidades de posicionamiento, podemos clasificar los cilindros en tres grandes grupos:

De simple efecto

De doble efecto

De acción diferencial.

Los primeros permiten empujar en un solo sentido y retornan automáticamente al origen por acción de un muelle. El mando de éstos se suele efectuar mediante una válvula de 3 vías y 2 posiciones, abierta o cerrada.

Los de doble efecto permiten empujar en ambos sentidos. El mando se suele realizar a través de una válvula de 4/2 o de 5/2 vías.

Los cilindros de acción diferencial permiten mantener el émbolo en cualquier posición, aplicando presión a ambos lados del mismo o, simplemente, conseguir un movimiento mas uniforme en el caso de carreras largas.

Para nuestro trabajo se utilizaron cilindros de efecto simple marca INTOR tipo CF

MOTORES

Se utilizaron 4 motores asíncronos trifásicos de la marca ABB.

Dos motores de 1.5kw , 6 polos con freno para cortadora simple y rolos. Un motor de 1.5kw, 4 polos para cinta aceleradora Un motor de 3kw y 6 polos para cortadora múltiple.

Se adjunta hoja de datos de motores ABB

Elementos de seguridad Switch para cerraduras de puertas de seguridad

Se adjunta hoja de datos

Desarrollo del programa para el control:

Lista de sensores, pre accionamientos y actuadores utilizados

ENTRADAS Llaves selectoras:

- 1 Manual-Automático. Pulsadores:

-Marcha (NA) - Parada (NC) - Marcha manual motor un sentido.

- Marcha manual motor otro sentido. - Marcha manual motor C.M.

Sensores: -1 Final de carrera de acción mecánica + 2 sensores fotoeléctricos. -2 Switch de seguridad (serie)

-3 sensores de prox. Inductivos. -3 sensores de campo (cilindros).

-2 sensores fotoeléctricos. Relés auxiliares: - Relevos o guardamotores (3 serie)

SALIDAS

-5 bobinas de mando de contactores para 4 motores -2 bobina de mando de electrovalvulas para 3 cilindros -1 alarma sonora

EL AUTÓMATA PROGRAMABLE

Un autómata programable o PLC es, básicamente, un equipo electrónico compuesto de:

* Microprocesador. * Interfase de Entradas/Salidas.

* Memoria. En esta última reside el programa de aplicación desarrollado por el usuario, quien

tiene las estrategias de control. Este programa se introduce en el PLC a través de otro

dispositivo, como por ejemplo una computadora o una consola de programación. De esta forma, el dispositivo leerá el estado de sus entradas, y de acuerdo a lo establecido

por el programador, variará el estado de sus salidas. Los lenguajes empleados para la programación de estos dispositivos son: Diagramas Escalera, Lista de Instrucciones (Assembler), Estructurado (Similar al Pascal), Bloques de Función y Diagrama

Secuencial de Flujo (SFG, Grafcet). Según el tipo de autómata que se escoja, podrá tener uno o más de estos lenguajes.

En el mercado, existen innumerables marcas y modelos de PLCs, con distintas características, con lo cual queda a criterio del proyectista la elección del más conveniente de acuerdo a sus necesidades y disponibilidad económica.

El PLC elegido para este trabajo es el Twido modelo TWDLMDA40DTK de la marca Telemecanique. Sus características principales por las cuales radica el motivo de

nuestra elección son el número de entradas/salidas, 40, y su construcción modular, que permite aumentar sus capacidades si fuera necesario.

En la siguiente figura se detalla externamente un PLC de la familia Twido TWDLMDAX0DXX

1 Una puerta giratoria. 2 Un punto de ajuste analógico.

3 Un conector para entrada analógica integrada. 4 Un bloque para visualizar: – El estado del autómata (PWR, RUN, ERR y

STAT). – El estado de las entradas y las salidas (INi y

OUTi). 5 Un conector de tipo mini DIN para puerto enlace serie RS485 (para el terminal de

programación). 6 Dos emplazamientos (protegidos con una tapa

extraíble) para el cartucho de memoria TWD XCP MFKpp y el reloj calendario TWD XCP RTC.

7 Uno o varios conectores tipo HE 10 o bornera con tornillos para conectar los captadores de entradas/ preaccionadores de salidas.

8 Bornes con tornillos para conectar la alimentación de red CC/CA 24 V.

9 Un conector para módulos de ampliación de entradas/salidas TWD Dpp, TWD App y TWD NOI 10M3 (4 o 7 según el modelo).

Internamente este autómata cuenta con: * 256 Bits internos

* 3000 Palabras internas * 128 Temporizadores * 128 Contadores

* Palabras dobles

Los módulos opcionales permiten aumentar la capacidad de: E/S (14 módulos de E/S digitales 4 módulos de E/S analógicas), comunicación en RS232 y RS485, displays de diálogo hombre-máquina; reloj de tiempo real; memoria backup de 32 Kb, y

memoria de expansión a 64 Kb; simuladores de entradas; y un surtido de cables, conectores y unidades precableadas, que facilitan el montaje ahorrando costos y tiempo.

En este informe se anexa la hoja completa de datos del PLC Telemecanique Twido TWDLMDA40DTK, cuya imagen se muestra a continuación.

Secuencia de eventos. Criterios para la

programación

1. El primer fotosensor detecta material y uno de los inductivos de la

cortadora simple determina la posición de la cortadora (arriba o

abajo).

2. Dada estas condiciones se acciona la electroválvula para el cilindro

de enganche a la cinta transportadora.

3. Una vez que el sensor de campo del cilindro neumático acusa que el

cilindro esta posicionado, se enciende el motor para el corte.

4. Esto sucederá hasta que uno de los inductivos me indiquen final de

carrera de la cortadora. Se apaga el motor.

5. Si se haya material en la cinta y el sensor del cilindro neumático

remite el desacople mecánico, se inicia el arranque controlado de la

cinta transportadora. Esto se llevara a cabo hasta el cabio de estado

del fotosensor. Se apaga la cinta transportadora.

6. Los rolos que ya se encuentran funcionando inician su proceso de

frenado al detectarse material en el fotosensor de la cortadora

múltiple.

7. En ese momento se accionan las electroválvulas de la volcadora y

cuando los cilindros acusen apertura completa se acciona el corte

múltiple

8. Una vez finalizado el corte múltiple ( cambio de estado del

inductivos) se retrae la volcadora y se re enciende los rolos.

Definición de Entradas/Salidas

E/S DEL

PLC NOMBRE OBSERVACION

I0.0 MARCHA Pulsador de Marcha

I0.1 PARADA Pulsador de parada de emergencia

I0.2 MANUAL Llave selectora para modo manual

I0.3 AUTO Llave selectora para modo automático

I0.4 MARCHA1U Pulsador marcha manual motor CS arriba

I0.5 MARCHA1D Pulsador marcha manual motor CS abajo

I0.6 MARCHACM Pulsador marcha manual motor CM

I0.7 INDARRIBA Sensor inductivo que detecta la cortadora S. arriba

I0.8 INDABAJO Sensor inductivo que detecta la cortadora S. abajo

I0.9 INDMULTI Sensor inductivo que detecta la cortadora Múltiple

I0.10 FOTO_1 Sensor fotoeléctrico que detecta material en aceleradora

I0.11 FOTO_2 Sensor fotoeléctrico que detecta material en CM

I0.12 SENNEUMA Sensor de campo magnético del cilindro CS

I0.13 SENVOLCA1 Sensor de campo magnético del cilindro CM

I0.14 SENVOLCA2 Sensor de campo magnético del cilindro CM

I0.15 PUERTAS Switch de cerradura de seguridad

I0.16 ALAMBRE Sensores para cortadura de alambre

I0.17 RELEVOS Reles auxiliares de relevos térmicos

Q0.0 M1_ARRIBA Contactor que energiza el motor arriba

Q0.1 M1_ABAJO Contactor que energiza el motor abajo

Q0.2 VALV_1 Electroválvula que energiza cilindro de enganche

Q0.3 CINTA Contactor que energiza el motor de la cinta

Q0.4 ROLOS Contactor que energiza el motor de el rolo

Q0.5 VALV_2 Electroválvula que energiza cilindros de volcadora.

Q0.6 M2 Contactor que energiza el motor cortadora multiple

Q0.7 ALARMA Accionamiento de la alarma sonora

Conclusión: Si bien no pudimos llevar a la práctica el desarrollo de automatización ideado, éste informe sólo intenta linear los parámetros formales de trabajo para implementar en el

mundo real el automatismo de un proceso. A lo largo del desarrollo del trabajo, nos encontramos frente a un espectro amplio de posibilidades en cuanto a las soluciones tecnológicas. De manera, que el presente

proyecto sólo refleja una de las alternativas posibles de automatizar éste proceso.

Fuentes: - “Fundamentos de la Detección de Presencia” -Allen Bradley/Rockwell Automation-

- “Sensores y Actuadores” – Carlos Canto. - Hojas de datos de los fabricantes particulares - Schneider Electric, entre otros.