Universidad Nacional da Asunción

Facultad Politécnica

Trabajo de Investigación

Sistema Automatizado de Mezcladora para la Elaboración de Pinturas por colores

Área de grado: Control Automático 2

Profesor: Ing. Felipe Chena Coronel

Integrantes:

Milner Steven Desvars Navarro. Yan Claude Bajac Figueredo Agustín Gleria

San Lorenzo – Paraguay

2015

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Índice:

Descripción del proyecto Justificación Marco Institucional Finalidad del proyecto Objetivos

Objetivos generales. Objetivos Específicos

Metas Beneficiarios Productos Localización física y cobertura espacial Especificación de actividades y tareas Métodos y procedimientos utilizados Determinación de los plazos Determinación de los recursos necesarios

Recursos humanos Recursos materiales

Cálculo de los costos de elaboración Administración del Proyecto Indicadores de Evaluación Factores externos condicionantes o pre-requisito para el logro

de los efectos e impacto del proyecto Bibliografía Anexo

Marco Teórico2

Descripción del proyectoEl software automático del mezclador está diseñado para la mezcla de diversas variedades de colores de pinturas, es un dispositivo que demuestra el control, seguridad y variedad para los procesos de mezcla mediante controles sencillos de temporizadores manuales establecidos, sensores y aplicación de electroválvulas y motor. El problema para asegurar la mezcla de pinturas, consiste en encontrar un mecanismo óptimo que lleve al sistema de una mezcla mecánica a una mezcla automática y sincronizada en un tiempo fijado para la mezcladora, de manera tal que no se sobrepasen los valores a los cuales el sistema está acotado. Además, el sistema debe ser capaz de detectar sobreponerse a perturbaciones externas.

La mezcla de dos pinturas cuyos colores son diferente, debe estar operando por 5 segundos de prueba, con un error en estado estable de +-60%, es decir, que debe encontrarse en un intervalo permitido de 5 seg a 5,6 segundos.

Para resolver el problema, asociamos al sistema un mecanismo temporizado automático, sistema diluyente para la limpieza de la mezcladora y un sensor foto cromático para asegurar la tonalidad del color procesado durante la mezcla.

Los datos recopilados a través de sensores de nivel y circuitos electrónicos digitales con sus respectivas configuraciones con llevan a la aplicación del PLC 226 Siemens S-2 para los contenedores, aplicaciones a las electroválvulas, calentamiento de las resistencias, y monitoreo del sensor foto cromático.

Este prototipo es especialmente adecuado para la fabricación óptima de la mezcla contra malgasto de uso eléctrico de la mezcladora en un tiempo no redundante y mal procesamiento de las pinturas mezcladas, la garantía del sistema nos brinda mayor estabilidad en duración y control del trabajo del operario.

Imagen1: Imagen de la producción local (pinturas envalsadas)

Justificación

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En la fábrica de pinturas MONTANA posee una infraestructura actualizada y moderna con respecto a la implementación de tecnología en mezcladora, sistema de seguridad óptimo de la planta, además brindan servicios con excelencia en la elaboración y distribución de calidad en productos como pintura. Véase en el anexo1.

En determinados estudios dentro de un campo de investigación se resume un alto consumo de energía eléctrica, donde sobrelleva gastos muy considerados que desafían a la administración de la fábrica. Debidos a las posibles causas de necesidades de mayor recurso humano para la supervisión , donde efectúa las 18hs el trabajo del sistema de mezclado esto es debido a una investigación con el servicio nacional de distribución de electricidad lo cual se estima una pérdida del 25 % del total considerable de potencia empleada durante las horas de prueba . Por tanto, se propone el diseño de un prototipo capaz de optimizar y verificar la distribución de contenedores para el proceso de mezclado optimo en una sección como posible solución al problema citado anteriormente, con el propósito de disminuir el masivo desperdicio de mal procesamiento de mezcla y malgasto de energía eléctrica y establecer un temporizador necesario cuando se presencia en la mezcladora por un lapso de periodo determinado.

También cabe resaltar que el prototipo no estará limitado a la configuración, debido a que se utilizara un PLC S2- siemens (véase en el anexo 2) compatible en programación KOP Y AWL para el PLC siemens s7-1200, sino que estará enfocado al control de voltaje para la atenuación de las velocidades de la mezcladora enfocados en la calidad de la mezcla como producto de excelencia, por lo que será posible reducir el monitoreo y supervisión humana que ocupe mayor tiempo e incluso mejorara la calidad de la tonalidad del color por medio de un sensor foto cromático de la fábrica para la instalación a una determinada sección donde la coordinación le asigne. En estos propósitos se garantiza una mayor eficiencia y Alta calidad moderna en la producción de pinturas a nivel Nacional e internacional

Imagen2: Logotipo

Marco Institucional

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La fábrica de pinturas MONTANA Implementa un sistema de proceso de fabricación y distribución de pinturas procesadas en tonalidades de colores variadas. Donde garantiza una excelente calidad en sus productos a sus respectivos clientes, contribuyendo además con el medio ambiente y al comercio de la industria nacional. No provee asesoría técnica para la realización de este proyecto, sus esfuerzos están destinados al mejoramiento de la organización a una mejor calidad y excelencia en fábrica. A nivel Industrial la fábrica cuenta con 2 PLCs S7-1200 en constante funcionamiento (en periodo de 18hs)

Finalidad del proyecto Con el desarrollo de este dispositivo, se pretende:

Disminuir el consumo excesivo de electricidad implementado por las mezcladoras de la fábrica.

Contribuir al mejoramiento de la distribución y ubicación de las reservas y mezclas de las pinturas

Mejorar la calidad de conservación y seguridad de las pinturas en sus óptimas tonalidades

Objetivos

a) Objetivos generalesDiseñar un método de programación automatizado para la fabricación de pinturas mediante un sistema eficiente para el control de la mezcladora, cuya principal función es el procesamiento y mezcla de diversas tonalidades de colores para la producción nacional.

b) Objetivos específicos Examinar los criterios de distribución eléctrica de las mezcladores

actuales Diseñar y montar un prototipo de prueba como la mezcladora

automatizada con la temporización de 5 a 6 seg Desarrollar pruebas de ensayo para determinar el funcionamiento del

prototipo bajo condiciones diferentes.

Metas

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Mantener la distribución de pinturas en contenedores adecuados a través de las electroválvulas con la supervisión de un personal, de tal manera que el receptor humano perciba la calidad del calentamiento de pintura preparado para ser procesados y mezclados.

Proveer las pinturas de la fábrica Montana y evaluar las condiciones de estado mediante los sensores implementados por cada contenedor para realizar la mezcla deseada

Disminuir de 15% al 6% del consumo de energía eléctrica en uso de mezcladoras a producción local yrecursos humanos para el trabajo y supervisión de la mezcla y brindar conocimiento del estado de los mismos

BeneficiariosCon la implementación del software para la mezcladora automatizada serán beneficiados directamente la administración económica de la fábrica, reduciendo el consumo considerado energía eléctrica y recursos humanos como supervisión por cada sección de pinturas ,así para disminuir el costo de pago mensual/anual a dichas empresas y tiendas distribuidora nacional.

En forma indirecta, se beneficiarán los empleados, la coordinación y los consumidores, ya que al implementar la mezcladora automatizada resultaría una solución más rápida en términos de proceso de fábrica de tonalidades de pintura por cada sección.

ProductosUno de los productos que se realiza, adjunto al proyecto principal, como una guía de manejo del producto de la mezcladora automatizada. Para una enseñanza optima de aplicaciones del producto dirigido a los principales usuarios como los operarios, además se estima que por las características de elaboración, será posible producir más  1.500.000 litros por año, de manera tal a lograr las metas y así disminuir el consumo de electricidad y tiempo operario por cada mezcladora implementada.

Localización física y cobertura espacial

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El sistema desarrollado para la fabricación se ubica en un taller local, equipado con las herramientas necesarias para su fabricación y montaje.

La fábrica de pintura Montana, nos ayudan con la realización de estudios en un campo de investigación para determinar exactamente el comportamiento de las mezcladores y conservación de los contenedores de pinturas, cuando presentan la estabilidad de su propio funcionamiento para llegar a la optimización deseada.

Para la implementación de prueba agregamos el PLC Siemens 226 en 2 contenedores donde hay 5 electroválvulas cuyos accesos están implementadas con los controles programados en el PLC, el sensor foto cromático incorporado al final del contenedor de mezcla procesada, así para la visualización del resultado de las pinturas , a través del PLC se hace la

configuración flexible y fácil que podría ser aplicado en cualquier contenedor de pintura fabricada a nivel nacional o internacional, ya que el sistema tiene la capacidad de temporizar en un intervalo dado, independientemente de la variación de corrientes externas en otras instalaciones

eléctricas. fabrica luego para su proceso de compatibilida con el TIA PORTAL

Imagen3: portada de la fachada de la Fabrica

Imagen 4: ubicación gps Direccion: Acceso Sur c/ Cruce Ypané - Villeta Departamento Central

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ObjetivoEspecifico

Actividades Tareas Recursos

Examinar los criterios de distribución eléctrica de las mezcladores actuales

Análisis del proceso de distribución y coordinación del sistema eléctrico de la fábrica, mediante la recaudación de datos provistos por la empresa y asesoría técnica la fábrica de pinturas

Identificar las posibles causas del alto consumo de energía eléctrica

Obtener datos administrativo del sistema y procesamiento de mezcla por contenedores

notebook Instrumentos de

medición de voltaje y amperaje

Recursos económicos

Diseñar y montar un prototipo de prueba como la mezcladora automatizada con la temporización de 5 a 6 seg

Diseñar y construir los sensores de nivel ,as aplicaciones de las electroválvulas e instalación de la mezcladora electrónico para la detección de un cuerpo presente

Diseñar los sensores

Montar la simulación

implementar el PLC 226 S2- SIEMENS

Herramientas técnicas de electrónica

Componentes y materiales electrónicos

Taller de prueba Implementar y

ensayar los sensores.

Desarrollar pruebas de ensayo para determinar el funcionamiento del prototipo bajo condiciones diferentes.

Implementar y ensayar del prototipoCompatibilizar el modelo KOP Y AWL con el modelo industrial PLC S7-1200

Estudiar y realizar el primer del sistema Mezclado

analizar el comportamiento de las pinturas con respecto al lapso de tiempo controlada

Planilla de registros de incidentes

Herramientas técnicas de electrónica.

Especificación de actividades y tarea

Métodos y procedimientos utilizados

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La primera etapa del proyecto incluyó el análisis del tema propuesto, el proceso de mezcla en las elaboraciones de los productos, las variables a controlar y las utilidades del sistema.

La técnica empleada previamente al diseño del sistema fue la revisión bibliográfica, con el objetivo de desarrollar el sustento teórico y el estudio del marco normativo correspondiente. Esto con la intención de garantizar la adecuación del prototipo a la fábrica de pinturas MONTANA.

El diseño del circuito se realizó mediante cálculos comprobados con las características eléctrico del sistema de distribuidor de la ANDE en el que deben proporcionar la potencia y el voltaje para evitar inconvenientes de cortes y sobrecarga para el funcionamiento de la caja de control programable y los demás equipos , asi para PLC 226 (prototipo compatible para el PLC s7-1200 en programación KOP y AWL), aplicando los sensores de niveles en estados máximo o llenado (ON) o mínimo o vacio (OFF) de contacto por medio de unas mallas de alambre de alta resistencia en calentamiento y conductividad eléctrico conectado al sistema del PLC mediante el circuito como unidad de control.

Véase en el anexo 3 el montaje del sensor.

Para el diseño de la mezcladora automatizada se utilizó el software MicroWin y PCsimul. Cuya Programación y diseño del temporizador se utilizó el modelo KOP para el sistema y simulación de los temporizadores estableciendo los siguientes ítems:

Imagen5: Declaracion de Variables

Véase en el anexo 4 la configuración KOP diseñado.

Para el PLC se implementa el diseño de la unidad de control, se utilizaron varias simulaciones del software como componentes electrónicos, tales como temporizadores, circuitos secuenciales y combinacionales (contadores, compuertas

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lógicas, comparadores, entre otros) y memorias.

El control del proceso fue llevado a cabo por la unidad de control, el cual posee una interface de entrada que muestrea la señal de entrada del sensor de nivel de líquido suficiente para llevar a cabo la distribución y arranque motor de la mezcladora un temporizador estable; el sistema también posee una configuración del lapso de tiempo, que se encarga de recibir la señal de impulso ingresada por el usuario y mantener el periodo real de la atenuación del trabajo motor para la mezcladora en valores aproximados a la misma.

Imagen8;GRAFCET

Determinación de los plazos

Determinación de los recursos necesarios

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Recursos humanosEl proyecto requirió de la participación de dos alumnos de la Carrera de Ingeniería en Electrónica capacitados en control de automatización .donde ellos se encargaron del Diseño del Circuito Lógico y prueba de este mismo con Software de Simulación y la recopilación de datos, diseño del hardware y del contenedor.

Para el honorario laboral el costo en mano de obra profesional se estima unos 600 USS mensual y para la taza de ingeniería se estima unos 15USS (dólares la hora), por lo tanto en 2 meses resulta 1200 USS

Recursos materialesLos recursos materiales necesarios para el desarrollo del prototipo están detallados en el cálculo de los costos de elaboración.

Para resaltar los componentes principales del prototipo electrónico se menciona el PLC 226 S2-Siemens para el diseño de la unidad de control y temporizador de la mezcladora

Con la empresa siemens y MK Everest trabajamos por los sensores y Electroválvulas efectiva para la malla metálica de contacto con elementos químicos de la pintura, adicionalmente se utilizan diluyentes químicos para la limpieza de los toldos y la mezcladora misma exclusivamente para la reutilización de diferentes recursos materiales para la diversidad de diferentes tonalidades,

Aplicaciones de Componentes electrónicos digitales a los circuitos tales especificados en la tabla 3.

Cálculo de los costos de elaboración

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Un estudio se pudo dar una estimación de los costos de elaboración y ejecución del proyecto. En las tablas 1 ,2 y 3 se describen inversión en herramientas, equipos y programas e insumos para su elaboración. Los detalles de elaboración del presupuesto se pueden encontrar

Tabla1. Herramientas

ComponentesPrecio Unitario

(USS) Cantidad Precio(USS) Precio(Gs)Destornilladores 1 5 5 23000Pinzas 8 1 16 33600Fuente de alimentación regulable 12 1 12 55200Fijador 8 1 8 36800TOTAL 41 148600

Tabla 2. Equipos y programas

ComponentesPrecio Unitario

(USS) Cantidad Precio(USS) Precio(Gs)PLC 226 S2-Siemens 100 1 100 510000Multímetro 50 1 50 230000Soldador 15 2 30 138000Computadora 500 1 500 2300000Fuente adaptador PLC 226 45 2 45 230000TOTAL 625 3408000

Tabla 3. Insumos para la elaboraciónComponentes Características Cantidad Total(USS) Total(Gs)

Electroválvulas 12v, 220v 5 45 147200Tanques metalico 25cm de dia 3 15 82000Mezcladora Metal antioxidante 1 30 175000

Resistencia Calefactoras de niquel-cromo compactadas 2 20 110000

Motor DC 24W 1 50 275000

Pinturas VariedadesRojo, Azul y Verde ½ litro (Prueba) 3 15 75000

TOTAL 152,54 800000

Administración del Proyecto

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El proyecto estará bajo la supervisión del Prof. Ing. Felipe Chena, el coordinador del grupo es Yan Claude Bajac, estudiante de ingeniería en electrónica con énfasis en Mecatrónica, que se encarga de realizar el montaje del circuito y las pruebas de ensayo y error mediante la simulación por computadora con la supervisión al equipo multidisciplinario compuesto por Milner Steven Desvars y Agustin Gleria, estudiantes de ingeniería en electrónica con énfasis en Mecatronica, encargados del diseño del sensor y de realizar los cálculos preliminares a la simulación KOP del PLC 226 en la Fabrica Industrial Pinturas Montana.

Indicadores de Evaluación La efectividad del funcionamiento del prototipo electrónico será medida en base a la evaluación que realizaron los encargados de servicio técnico y mantenimiento, que calificaran los siguientes parámetros:

Porcentaje de consumo mensual de energía eléctrica de la fabrica Temporizador de La mezcladora Diferencias entre tiempo estimado y tiempo real del sensor de nivelador Comprobación de la Tonalidad de la pintura Procesada. Eficacia de seguridad y mantenimiento

El registro de fallas se analizará estadísticamente de manera tal que el prototipo siga en continuo desarrollo y mejoramiento, y así asegurar la fiabilidad y adecuarse a la demandada según varíe a través de los años.

Factores externos condicionantes o pre-requisito para el logro de los efectos e impacto del proyectoEl sensor foto cromática utilizada para la corroboración de las tonalidades de los colores de las, donde no se encuentra disponible en el mercado local, por lo que es necesario adquirir los mismos del exterior. Debido a esto la adquisición al suscribirse como comprador habitual a la Everest Ingeniera MKT que se encargan de importar el módulo al Paraguay en un determinado stocks de 70 unidades.

Conclusiones GeneralesEl desarrollo del software cumple muchas funciones y actividades serviciales a a la fábrica de pinturas Montana S.A. Cuyas funciones implementan un mejor servicio y

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facilidad en el manejo y procesamiento de la elaboración de pinturas, evitando varios inconvenientes y retrasos, disminuyendo así el porcentaje del error humano y mejorando la agilidad de atención y servicio a la empresa misma y operadores profesionales de la fábrica.

Una de las ventajas más evidentes son el conteo de préstamos que brinda información a los análisis estadísticos por temporada y el mejoramiento ágil en temas de control de estado presente por cada sección de mezcla y volumen de contenedores por tonalidad, es decir con este prototipo y simulación software resultara más fácil controlar la mezcla eficaz entre las pinturas para su respectiva venta a los clientes.

Concluyendo así el software propuesto enfocado a la captura rápida de datos se convirtió en una herramienta útil de apoyo a los operarios y obreros, a pesar de las limitaciones técnicas y compatibilidad, el sistema podrá detectar la tonalidad por cada pintura diferentes debido a que el código desarrollado en el sensor misma para la unidad de control (PLC),. El circuito fue enteramente desarrollado con circuitos Con el software y posee gran versatilidad en programación , ya que puede ser aplicado para la identificación y temporización automático de artículos, cualquiera sea la finalidad de los mismos.

El sistema en su totalidad fue de diseño propio, basado en las ideas de los integrantes del grupo, y en las necesidades encontradas en el entorno a nivel nacional e internacional.

Recomendaciones: Basada en la experiencia misma de este proyecto, cabe resaltar la importancia de la programación de los autómatas mismos para las aplicaciones industriales y llegar a una optimización misma que genera empleo y oportunidades para el desarrollo del proyecto y la industria misma, adicionalmente el equipo podría contar con más desarrollo laboral y optimización a otras industrias donde se recomienda mayor capacitación en cada ámbito para mejorar la producción nacional a nivel mercado nacional e internacional

Bibliografía

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[1] BENNETTS, Roger Gilbert. Introduction to digital board testing. 1982.

[2] Concepción Pérez Conde. Sensores fotocromaticos 1996.

[3] Pagina Web oficial Montana S.A http://www.pinturasmontana.com.py/ (14/04/2015)

[4] TOCCI, R.J y WIDMER N.S (2003) , Sistemas digitales: Principio y aplicaciones (8va ed), Mexico: Pearson Educación.

[5] Manual de uso PLC226 http://w5.siemens.com/spain/web/es/industry/automatizacion/simatic/Documents/S7200-CAT.PDF

[6]Steps 7 Micro win s200 http://w5.siemens.com/spain/web/es/industry/automatizacion/simatic/software/steps7_s7200/pages/step7microwinparas7-200.aspx (2001)

[7] www.datasheetcatalog.com (13/03/2015)

[8] PLCs Siemens Catalogue http://w3.siemens.com/mcms/industrial-automation-systems-simatic/en/plc-control-system/pages/default.aspx

Anexos

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1. Imagen fábrica de pintura Montana ,reserva de pinturas en contenedores

2 . Imagen.Diagrama de diseño del proyecto

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Imagen. Fachada mas aproximada

5- Imagen. Mezcladoras de las fabricas

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6- Imagen. Caja Contoladora (PLC BOX)

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7. Imagen. Programacion KOP

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8- PC simu

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