12344-Proyecto de Automatización Básica: Estación de temple a la llama

De Wikifab

Juan Ramos Zayas

12344

3ºGITI T1 - Especialidad: Mecánica

Curso: 2014-2015

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12344-Proyecto de Interfase Hombre-Máquina (HMI): Estación de temple a la llama

12344-Proyecto de Robótica Industrial: Estación robotizada de temple a la llama

12344-Proyecto de Control Numérico: Programación de ciclo fijo de usuario


Contenido

Proyecto de Automatización Básica: Estación de temple a la llama

Esquema de estación automatizada

Estación automatizada de temple a la llama

El objetivo de nuestra instalación es templar en serie piezas metálicas de geometría cilíndrica por el procedimiento de temple a la llama.

Descripción del proceso industrial

El tratamiento clásico del temple se emplea en los aceros para obtener las propiedades mecánicas deseadas de dureza y resistencia. Su mecanismo consiste en el calentamiento del acero, mantenimiento a temperatura elevada y enfriamiento en un medio adecuado. El objetivo en la obtención de martensita tras el enfriamiento, una fase de dureza y resistencia mecánica mucho más elevada que la correspondiente al estado de equilibrio del acero.

Un tipo de tratamiento térmico de los aceros son los tratamientos superficiales, que buscan modificar las propiedades de la superficie de una pieza sin alterar las del núcleo. Así, se realiza el temple superficial de los aceros calentando la capa periférica de la pieza. Las exigencias de templabilidad exigen un contenido de carbono entre el 0,3 y el 0,6%.

Uno de los procedimientos de temple superficial es el temple a la llama, en el cual el calentamiento superficial se realiza bajo la llama de un soplete, empleando como combustible una mezcla acetileno-oxígeno y alcanzando los 1100ºC. El temple a la llama finaliza con un enfriamiento por inmersión en un baño de temple de agua o aceite.

El procedimiento automático de temple a la llama se realiza para trabajar con grandes series de piezas. En nuestro caso, tratamos piezas de geometría cilíndrica, y para generalizar las representaremos mediante cilindros; podríamos luego trabajar templando ejes, engranajes, pistones, cigüeñales, etc.

Los resultados que se obtienen con este método pueden ser irregulares y exigen mayor control e inspección de piezas (las piezas pueden sobrecalentarse con riesgo de oxidaciones, descarburaciones e, incluso, de quemado de la aleación). Como contrapartida estas instalaciones tienen la ventaja de ser más económicas que las de temple por otros procedimientos.

Descripción general de la instalación

Figura 1: Estación automatizada de temple a la llama
Figura 1: Estación automatizada de temple a la llama


La instalación se divide en tres puestos, localizados a izquierda, centro y derecha, un puente grúa monorrail, y una consola standard de control:

  • Puesto 1: el primer puesto es el que se sitúa mas a la izquierda. Está compuesto por una cinta transportadora gobernada por un motor, a la cual llegan las piezas a procesar procedentes bien de un almacén, bien de una estación anterior. En el extremo de la cinta se dispone de un sensor.
  • Puesto 2: se localiza en el centro y es el encargado de realizar el temple y enfriamiento de las piezas. Está formado por un contenedor cilíndrico de agua, un cilindro hidráulico que sujeta la estructura interior al tanque, un eje interior a esta estructura que gira en base a un motor eléctrico y un plato de garras que fija la pieza cilíndrica. El tanque o depósito esta rodeado por dos cilindros neumáticos que aproximan el cabezal de la llama a la pieza, y un sensor encargado de contabilizar las vueltas que realiza el plato.
  • Puesto 3: a la izquierda se encuentra el último puesto de descarga de las piezas. Un motor acciona la cinta transportadora que las envía a la siguiente estación. A su vez el puesto dispone de un sensor y un cilindro neumático que expulsa las piezas destinadas a inspección, encendiéndose entonces el indicador luminoso de manera intermitente.
  • Puente grúa monorrail: el carril superior realiza un movimiento longitudinal de ida y vuelta, llevando consigo un último cilindro neumático en cuyo extremo se sitúa una ventosa neumática que se encarga de agarrar las piezas. Un motor eléctrico trifásico se encarga del avance del carro, con inversión del sentido de giro para su retroceso. El carril dispone de tres sensores, uno sobre cada puesto.
  • Consola de mando: realiza la comunicación hombre-máquina (HMI) para el funcionamiento de la instalación. Dispone únicamente de cuatro accionamientos:
    • PM: pulsador de marcha, memoriza que la máquina está en modo automático.
    • PP: pulsador de parada, debe terminar el ciclo en que se encuentre, templando la pieza en marcha y depositándola en la última cinta, para hacer retroceder al cilindro y no volver a arrancar el ciclo.
    • SE: seta de emergencia auto-enclavada, debe parar el sistema instantáneamente, todos los motores y actuadores (salvo la ventosa y el motor que gobierna las garras del plato de garras). Esto se lleva a cabo mediante una válvula 3/2 NC adicional a los cilindros neumáticos e hidráulico, necesaria por seguridad en caso que se vaya la luz.
    • RE: pulsador de rearme con llave maestra de un supervisor, una vez desenclavada la seta de emergencia, y para llevar debidamente la estación a su estado de reposo esperando a volver ser accionada por PM.

La instalación estaría debidamente protegida por vallas para evitar el acceso directo de los operarios de la fábrica a los actuadores y prevenir riesgos.

Como en el resto de la factoría, cada maquina dispone de una toma neumática o hidráulica y otra eléctrica, con redes de distribución propiamente distribuidas y protegidas.




Vamos a describir el funcionamiento de un ciclo completo de temple de una pieza, para poder entender mejor la disposición y posterior descripción de los elementos, aunque luego se especificará la función de control con mayor detalle:

Con el modo automático activo, el proceso comienza con una pieza preparada en la cinta del puesto 1. El cilindro que porta el puente grúa avanza hasta el final de su carrera para contactar con la pieza, y entonces la ventosa neumática que lleva acoplada al final de su vástago se encarga de sujetar la pieza por vacío. Así el cilindro retrocede y el puente grúa avanza hasta el siguiente puesto. En el puesto 2 el cilindro avanza hasta una posición intermedia, hasta depositar la pieza en el plato de garras acoplado a la estructura interior al tanque de agua. A continuación dos cilindros avanzan sus vástagos, los cuales incorporan en su extremo un cabezal de llama. Mediante el giro de la pieza y la aplicación de la llama se consigue realizar el temple del cilindro. Tras un número de vueltas determinado, cesa la llama y la rotación, y el cilindro hidráulico que soporta la estructura retrocede, quedando el cilindro inmerso en el baño de temple. Una vez enfriada la pieza, comienza de nuevo el ascenso para llevar que el cilindro superior lleve la pieza al siguiente puesto. Una vez el cilindro con la pieza alcanza el puesto 3, recorre de nuevo su carrera entera para depositar el cilindro en la cinta de desalojo de piezas. Ya sólo queda poner en marcha el motor del puente en sentido contrario para devolver el cilindro superior a su posición de partida.

Sin embargo, el procesado de cilindros no acaba ahí, pues según de adelantó, el temple a la llama puede acarrear fallos en las piezas terminadas que debemos controlar exhaustivamente. Estos fallos incluyen: baja dureza, debida a una incorrecta potencia de los quemadores, excesivo tiempo entre calentamiento y enfriamiento o baja severidad de temple; baja profundidad de temple, como consecuencia de poco tiempo de calentamiento, y en cuyo caso la capa de material duro es muy fina; y fisuras de temple, por el sobrecalentamiento de la superficie por mala regulación de los quemadores o de la distancia de éstos a la pieza, que pueden provocar desconchamientos de la capa superficial templada. De este modo, tras un número concreto de piezas mecanizadas, se envía una pieza al departamento de inspección y metrológía de las piezas, activando un último cilindro de expulsión situado en el puesto 3, y encendiendo un indicador luminoso intermitente.

Layout con dimensiones de conjunto

Las medidas de la instalación de forma aproximada son las que se muestran a continuación. Sólo queda por determinar la medida de la profundidad total, que viene condicionada por la longitud de las cintas transportadoras que conectan con las estaciones vecinas.

Figura 2: Layout general de la estación
Figura 2: Layout general de la estación
Figura 3: Planta del puesto 2
Figura 3: Planta del puesto 2
Figura 4: Descentramiento de los cabezales de llama
Figura 4: Descentramiento de los cabezales de llama
















  • La distribución mas clara del puesto 2 la podemos ver en las figuras 3, 4, 5 y 6.


  • Cabe destacar el detalle de la Figura 4. Y es que, aprovechando que tenemos dos cabezales de llama actuando a la vez y que la pieza está girando, aplicamos un pequeño descentramiento de estos cilindros portadores de la llama para poder homogeneizar mejor el calentamiento de la pieza.
Figura 5: Puesto 2 con la estructura elevada
Figura 5: Puesto 2 con la estructura elevada
Figura 6: Puesto 2 con la estructura retraída, con la pieza inmersa
Figura 6: Puesto 2 con la estructura retraída, con la pieza inmersa



































Para facilitar la comprensión de los componentes descritos en los siguientes epígrafes, se muestra ahora la memoria descriptiva con la secuencia de accionamientos reales del sistema (Interfase Hombre Maquina, HMI).


Figura 7: Descripción del puesto automatizado
Figura 7: Descripción del puesto automatizado

Componentes no comerciales

Con componentes no comerciales nos referiremos a todos los elementos de la estación que no son sensores o actuadores, dejando para el apartado componentes comerciales los componentes electroneumáticos y electrohidráulicos, los motores eléctricos, los sensores y el PLC de control.

 Elemento   Descripción   Criterio de selección   Cantidad   Fotografía 
Puente grúa monorrail Se encarga de la conexión entre puestos de trabajo. La viga carril es de una sola pieza y va empotrada entre dos pilares contiguos. Se suelda al perfil de los pilares un ménsula del mismo perfil que el del pilar, y sobre esa ménsula se apoya la viga carril. Seleccionamos la línea monorraíl ESB de ABUS, con una carga máxima de 500 kg, y con gran versatilidad de instalación. 1

Cintas transportadoras El buen diseño de las cintas exige que la pieza vaya justa por la cinta. De este modo podremos situar sensores inductivos que detecten las piezas, cuyo alcance es reducido. Como se observa en el layout general, para cilindros de diámetro 50 cm necesitaremos cintas de unos 58 cm de ancho, para un alcance de los sensores inductivos de 40mm. Escogemos cintas transportadoras de aluminio como la 40.81 de AXMANN-FS. 2
Plato de garras Empleamos un plato de garras con paso de barra (orificio pasante), cuyas garras avanzan y sujetan la pieza cuando un motor eléctrico se acciona. Seleccionamos un plato con 3 garras, y con nuestra especificación particular de gran paso de barra. El modelo Mario Pinto SGBB-3 de la imagen comprende diámetros entre 405 y 515 mm, suficiente para los 50 cm de nuestra pieza. La altura de este plato es de 12,7 cm. 1


Quemador de gas y cabezales de llama La llama necesaria para el temple se genera con un quemador de gas accionado por una turbina sopladora que se mueve gracias a un motor eléctrico. Se disponen dos cabezales de llama en los cilindros B y C que dirigen la llama hacia la pieza, con el descentramiento antes mencionado. 1 quemador de gas y 2 cabezales


Estructuras metálicas Estos elementos son: la sujeción del cilindro A al puente, la valla protectora de la cinta del puesto 1, las mesas sobre las que descansan los cilindros B, C, d y E, el soporte del sensor S4, la estructura giratoria del plato y la externa de elevación del cilindro D (estas dos estructuras estarían acopladas por elementos como rodamientos, para permitir que el eje del plato de garras gire y la estructura que eleva el cilindro D no lo haga). Empleamos el material rey, el aluminio, por su robustez,ligereza, pero sobre todo por que no se oxida. Además el elevado empleo de este material ha abaratado mucho su precio. Empleamos perfiles de aluminio, fáciles de unir con ranurados, y estructuras cilíndricas de aluminio. La unión será siempre atornillada, pues estos perfiles sueldan mal y no emplearíamos la soldadura para gran responsabilidad. -
Tanque o depósito de agua Necesitamos un depósito abierto de las dimensiones mostradas para contener el baño de agua. Suponemos que el depósito es muy grande y el volumen de agua que se calienta es pequeño en comparación, pudiendo evacuarse dicho calor al ambiente. Escogemos de nuevo el aluminio como componente del tanque, gracias a su propiedad anticorrosiva. 1



Avisador luminoso Indica la presencia de una pieza lista para transportarla hacia su inspección. Seleccionamos un indicador luminoso amarillo, que sea de larga duración para soportar la intermitencia. 1
Cuadro de mando Permite a los operarios seleccionar el modo de funcionamiento e interactuar con paradas de emergencia. Podemos emplear una standard, como la de la imagen de FEMI, debidamente sujeta y apoyada. 1


Componentes comerciales

Tratamos ahora los diversos cilindros, motores y sensores y la ventosa, así como el PLC.

 Elemento   Descripción   Criterio de selección   Fotografía 
Sensores S1, S2 y S3 Estos sensores irán situados en el ala inferior del perfil de la viga del puente grúa, orientados hacia arriba para leer la señal del carro cuando se aproxime. Empleamos sensores inductivos, pues pueden aproximarse suficientemente al carro que recorre el puente grúa. Como no tenemos ninguna restricción de alcance, escogemos los inductivos más sencillos y económicos de FESTO, los sensores de proximidad SIES-8M, con un alcance de 1,5 mm, ajuste universal y una longitud de cable de hasta 10 m, suficiente para nuestra instalación.
Sensores S0 y S5 Estos sensores detectan la piezas que recorren las cintas transportadoras. El problema es que necesitamos alcances mayores que los clásicos de los sensores inductivos, pues yendo la pieza (50 cm de diámetro) ceñida por la cinta (de 58 cm de ancho) necesitamos 4 mm de alcance de los sensores. Aun así, buscamos sensores inductivos de largo alcance, evitando el empleo de sensores capacitivos, fotoeléctricos o de un soporte especial para los inductivos. Así escogemos los sensores de métrica 8 de la serie 500 de CONTRINEX, con un alcance de 6 mm y 2 m de cable, suficiente para su instalación acoplada en las cintas transportadoras.
Sensor S4 Se trata de un sensor de revoluciones, que cuenta el número de vueltas que da la pieza para comparar con las vueltas necesarias para un correcto temple. Para evitar emplear sensores mas complejos y caros hacemos el siguiente montaje: debajo del plato de garras situamos una estructura cilíndrica con un saliente, el cual al rotar pasa próximo a nuestro sensor. De este modo, podemos emplear un sensor inductivo corriente como los sensores de proximidad SIES-8M de FESTO, con una estructura de aluminio que lo soporta. El problema reside en que los inductivos detectan materiales metálicos ferrosos, y no los perfiles de aluminio. La solución mas simple consiste en situar un torillo en el saliente de la pieza que gira, para poder tener lectura en el sensor.


Motores M1, M3, M4, MLL y MG Estos motores corresponden a los de las cintas, M1 y M4; el que hace girar el puesto 2, M3; el motor que acciona el plato de garras, MG; y el que prende la llama de temple, MLL. Empleamos servomotores DC que permiten modificar la velocidad del motor con facilidad, con reductora incluida. Por ello elegimos la gama de servomotores MTR-DCI de FESTO, con un tamaño de brida intermedio de 42 mm, una tensión nominal de 24 V DC, y una potencia nominal de 48 W, suficiente para mover mecanismos propios de la industria.

Motor M2 Este motor es el encargado de realizar el movimiento bidireccional del carro del puente grúa monorrail. En este caso empleamos un motor trifásico de AC, para poder realizar la inversión del sentido de giro del motor, lo que se consigue invirtiendo dos de las tres líneas en la salida. Por ello seleccionamos un motor asíncrono trifásico EFF2 de NORD, tipo 80 SH/4, con una potencia nominal de 0,55 kW suficiente para mover el carro y el cilindro neumático que porta.
Ventosa La ventosa se sitúa en el extremo del cilindro A y sirve para sujetar las piezas y transportarlas. Se trata de una ventosa neumática para manipulación por vacío. Seleccionamos la ventosa plana MT del catálogo de SMC de 30 cm de diámetro, ideal para la adsorción de piezas con superficie plana y que tiendan a deformarse, como puede suceder una vez templada la pieza por las contracciones del temple.

Cilindros B y C Estos cilindros portan los cabezales de llama y se aproximan a la pieza para su calentamiento. El entorno de estos cilindros es el más agresivo, y por ello emplearemos cilindros de acero inoxidable resistentes, como los de tipo CRDNGS de doble efecto y vástago simple de FESTO. Estos cilindros incorporan los sensores de proximidad para detectar el inicio y fin de carrera. No precisan realizar fuerza, sólo portar la llama, y por ello seleccionamos el menor diámetro del embolo posible, 32 mm. Sin embargo necesitamos una carrera larga, de 155 cm según el layout dispuesto, y es por ello que seleccionamos este tipo de cilindro, el cual admite hasta 2000 mm de carrera.
Cilindro E Este cilindro expulsa las piezas de la cinta del puesto 2 para su inspección. Dispone en su extremo de una simple estructura guiada para facilitar el empuje de los cilindros. Empleamos un cilindro de doble efecto normalizado DSBG de FESTO, que también cuenta con detectores de proximidad integrados. El principal criterio de selección es la fuerza necesaria para mover los cilindros, la cual intentamos estimar a groso modo:

Mcilindro=Vol*densidad=(3.14*0,25*0,25*0,6)*7850= 924,34 kg

Fnecesaria=924,34*9,8= 9058,5 N

Así seleccionamos el correspondiente cilindro de 1000 N de fuerza y 500 mm de carrera que permiten la completa expulsión de los cilindros.


Cilindro A El cilindro A es un cilindro multiposición, con un inicio y final de carrera, y una posición intermedia. Adoptaremos la medida que nos propone FESTO para construir cilindros de múltiples posiciones:

La unión de 2 hasta 5 cilindros con émbolos del mismo diámetro pero de carreras diferentes, permite avanzar hasta 5 posiciones.

De este modo aunaremos dos cilindros de doble efecto ADNM, uno de 100 mm de carrera y otro de 500 mm (como se muestra en el layout general), con el diámetro de embolo máximo en ambos casos para lograr la fuerza de 4712 N en cada uno, y así poder levantar los cilindros con la suma de ambas fuerzas.


Cilindro D Este cilindro es el más solicitado de toda la estación, teniendo que soportar la estructura del puesto 2. Esta condición nos lleva a elegir un cilindro hidráulico en vez de neumático, que preste mayor fuerza. De este modo seleccionamos un cilindro hidráulico de doble acción de la serie RR de ENERPAC, con una capacidad del cilindro de 30 tn y una carrera de 209 cm (al cual adaptaríamos dos sensores de proximidad en caso de que nos los llevase incorporados).

Válvulas distribuidoras neumáticas 3/2 Serán las encargadas de la desconexión de la fuente de alimentación neumática en caso de emergencia, y del gobierno del aire necesario para accionar la ventosa. Empleamos válvulas 3/2 normalmente cerradas VUVS de FESTO, con retorno por muelle neumático.


Válvulas distribuidoras neumáticas 5/2 Estas válvulas distribuyen el aire entre la unidad de acondicionamiento y los cilindros, y entre éstos y los escapes. Empleamos la misma gama VUVS de FESTO que en el caso anterior, para válvulas 5/2 normalmente cerradas, la válvula más empleada en neumática para cilindros de doble efecto.


Válvula distribuidora hidráulica 3/2 Esta válvula realiza del mismo modo la desconexión del cilindro hidráulico en caso de emergencia. Elegimos la serie VE de válvulas modulares accionadas por solenoide de ENERPAC, con una válvula hidráulica de 3 vías y 2 posiciones.

Válvula distribuidora hidráulica 4/3 Esta válvula con centro cerrado se encarga de aportar el fluido hidráulico al cilindro D. Elegimos de nuevo la serie VE de válvulas de ENERPAC, para una válvula 4/3 con centro cerrado, la más similar a la 5/3 con centro cerrado típica de los sistemas hidráulicos (de la cual no disponemos en AS).

PLC Es el Controlador Lógico Programable que se encarga de realizar la función de control de nuestra instalación. Escogemos el PLC más básico CPM2C de OMRON, con entradas y salidas más que suficientes.


Descripción del puesto automatizado

Memoria descriptiva

  • La correspondencia del sistema real diseñado con el modelo elegido para la simulación en AS se mostró con el esquema real de la estación, y se completa con el esquema electroneumático/electrohidraúlico con aproximación a la realidad.
  • La secuencia de accionamientos reales del sistema se ha ido anticipando y se engloba en el apartado de Descripción de la función de control.

Mapeo de señales

Esta correspondencia de señales puede observarse también en el esquema eléctrico de conexiones (Figura 10), según la conexión de los contactos, pulsadores y relés eléctricos con las tarjetas de entrada y salida de nuestro PLC.

Señales de entrada
 Señal real   Correspondencia en AS 
Pulsador de Marcha de la consola de mando Pulsador PM
Pulsador de Paro de la consola de mando Pulsador PP
Seta de Emergencia de la consola de mando Interruptor SE (para que quede enclavado)
Pulsador de rearme en la consola de mando Pulsador RE
Sensor de la cinta del puesto 1 Interruptor S0 (pues necesitamos que se mantenga a '1' para simular)
Sensor del puente sobre el puesto 1 Interruptor S1 (pues necesitamos que se mantenga a '1' para simular)
Sensor del puente sobre el puesto 2 Interruptor S2 (pues necesitamos que se mantenga a '1' para simular)
Sensor del puente sobre el puesto 1 Interruptor S3 (pues necesitamos que se mantenga a '1' para simular)
Sensor de revoluciones del puesto 2 Pulsador S4 (sólo tendremos pulsos en este sensor)
Sensor de la cinta del puesto 3 Interruptor S5 (pues necesitamos que se mantenga a '1' para simular)
Inicio de carrera del cilindro A Sensor de proximidad A-
Posición intermedia en la carrera del cilindro A Sensor de proximidad A+
Fin de carrera del cilindro A Sensor de proximidad A++
Inicio de carrera del cilindro B Sensor de proximidad B-
Fin de carrera del cilindro B Sensor de proximidad B+
Inicio de carrera del cilindro C Sensor de proximidad C-
Fin de carrera del cilindro C Sensor de proximidad C+
Inicio de carrera del cilindro D Sensor de proximidad D-
Fin de carrera del cilindro D Sensor de proximidad D+
Inicio de carrera del cilindro E Sensor de proximidad E-
Fin de carrera del cilindro E Sensor de proximidad E+
Pulsador de recogida de pieza para inspección Pulsador PL1


Señales de salida
 Señal real   Correspondencia en AS 
Avance del cilindro A Relé KA
Avance del cilindro B Relé KB
Avance del cilindro C Relé KC
Avance del cilindro D Relé KD1
Retroceso del cilindro D Relé KD2
Avance del cilindro E Relé KE
Actuación de la ventosa Relé KV
Giro del motor M1 Relé KM1
Giro del motor M2 en sentido de ida Relé KM2+
Giro del motor M2 en sentido de vuelta Relé KM2-
Giro del motor M3 Relé KM3
Giro del motor M4 Relé KM4
Motor del quemador que produce la llama Relé KMLL
Motor que aproxima las garras del plato de garras a la pieza Relé KMG
Actuación sobre las válvulas de seguridad por paradas de emergencia Relé KPE
Activación del indicador luminoso intermitente Relé KL1

Tal y como se describe en la función de control, las "señales externas" que activan el comienzo de nuestra estación no son propiamente externas, si no que son más bien internas: corresponderían a las señales de los sensores S0, y S1 y la señal de inicio PM.

Simulación (Ingeniería de Sistemas)

Esquemas en AS

Figura 8: Esquema electrohidráulico - electroneumático
Figura 8: Esquema electrohidráulico - electroneumático

Para realizar una simulación interactiva hemos situado los pulsadores e interruptores de los diversos sensores y la consola de mando en el esquema EN/EH, para poder comprobar el funcionamiento de la estación de forma compacta. Esto comprende el HMI de nuestro proyecto.

A su vez incorporamos indicadores luminosos azules a cada sensor para ver que se activen, un indicador luminoso marrón al motor de las garras del plato para ver cuando se accionan, y un indicador luminoso naranja al motor asociado a la llama de temple, para advertir de su funcionamiento. Estas luces son ficticias para visualizar fácilmente la simulación, no se corresponden a señales reales del sistema y no existen el la estación real.


Figura 9: Esquema eléctrico de potencia
Figura 9: Esquema eléctrico de potencia

Únicamente destacamos del esquema EP la inversión en la conexión de dos terminales del motor trifásico del puente grúa, para poder cambiar el sentido de avance del carro.


Figura 10: Diagrama eléctrico de conexión
Figura 10: Diagrama eléctrico de conexión
Figura 11: Diagrama Ladder 1
Figura 11: Diagrama Ladder 1
Figura 12: Diagrama Ladder 2
Figura 12: Diagrama Ladder 2
Figura 13: Diagrama Ladder 3
Figura 13: Diagrama Ladder 3
Figura 14: Diagrama Ladder 4
Figura 14: Diagrama Ladder 4
Figura 15: Diagrama Ladder 5
Figura 15: Diagrama Ladder 5
Figura 16: Diagrama Ladder 6
Figura 16: Diagrama Ladder 6

Descripción de la función de control

  • Puesto 1

El motor M1 que mueve la cinta estará siempre funcionando mientras el sensor S0 de un '0', parándose cuando su valor pase a ser '1'. Acoplaremos a nuestra función de control un contador (contador 1) que cuente cada pieza procesada por flanco de bajada de la señal de S0.

Con S0 y S1 a '1' y PM pulsado, el cilindro A avanza hasta su posición inferior A++. Por tanto las señales que determinan la puesta en marcha son tres, todas internas al sistema. Una vez allí se acciona la ventosa para que sujete la pieza, esperando un tiempo de 2 seg (temporizador 1) para la correcta sujeción. El cilindro A retrocede y se activa KM2+ del motor del puente en sentido de avance para avanzar a la siguiente estación.

Como S0 habrá pasado a valer '0' se cuenta la primera pieza procesada y se pone en marcha el motor M1 hasta que se aproxime la siguiente pieza.

  • Puesto 2

Al llegar el carro del puente a S2, el motor M2 se para, el cilindro A avanza y el cilindro D sube. En el puesto 2 el cilindro A avanza sólo hasta A+, pues la pieza se sitúa mas elevada que en los puestos 1 y 3. Con A+ se deja de actuar sobre la ventosa y el cilindro A retrocede. Mientras, se pone en marcha el motor del plato de garras para fijar la pieza y se aproximan los cilindros B y C portadores de los cabezales de llama.

Con los cilindros B y C avanzados se pone en marcha el motor M3 que hace girar la estructura que porta la pieza, y el motor MLL del quemador de gas, para calentar la superficie de la pieza templándola. Después de un número fijo de revoluciones (fijado en 7), medido por S4 de la forma anteriormente explicada (contador 2 y comparador 1), cesa el giro del motor M3 y la llama MLL, y comienza el retroceso de los cilindros B y C. Esperamos ahora 2 seg (temporizador 2) antes de sumergir la estructura en el baño de agua, para que tras parar M3 la estructura cese de girar completamente y no se produzcan turbulencias en el tanque de agua.

Es entonces cuando hacemos retroceder al cilindro D para sumergir la pieza en el depósito de enfriamiento, esperando 6 seg en esta posición (temporizador 3). Más tarde el cilindro D vuelve a ascender, y con señal de D+ se deja de actuar sobre MG, las garras del plato, liberando la pieza. El cilindro A avanza hasta A+, se actúa sobre la ventosa durante 2 seg de nuevo (temporizador 4), y asciende A con la pieza, para activar otra vez KM2+ y avanzar al siguiente puesto.

Al finalizar el tratamiento del puesto 2 cesamos la actuación sobre el cilindro hidráulico D, de modo que queda situado al final de su carrera en D+ con la válvula 4/3 hidráulica en su centro cerrado. De este modo creamos ciclos de descanso para este cilindro, pues es segura la posición de centro cerrado y siempre dispondría de la válvula adicional por si se producen paradas de emergencia o por cortes de luz en la instalación.

  • Puesto 3

Al alcanzar el carro S3 de desactiva el motor M2 y comienza el descenso del cilindro A. Igual que en el puesto 2 éste cilindro alcanza la posición de la cinta transportadora al final de su recorrido en A++. Paramos el motor M4 de esta cinta y se deja de actuar sobre la ventosa neumática para que suelte la pieza. Esperamos ahora 2 seg (temporizador 5) hasta volver a arrancar M4 para esperar que el cilindro esté bien posicionado en la cinta. Por tanto M4 estará siempre activo salvo cuando se deposite una pieza en la cinta o cuando se accione el cilindro de expulsión de pieza a inspección.

Con ello se envía la pieza completa a la siguiente estación, se rearma el cilindro A y se activa el motor M2 en sentido de retroceso (KM2-) para llevar al sistema a su posición inicial con la señal de S1 sobre el puesto 1.

  • Modo de inspección de piezas

Cuando el contador 1 alcanza las 15 piezas procesadas (comparador 2), se activa el modo de inspección para la pieza en curso que ha dado el número 15. Así, cuando esta pieza pase por el sensor S5 en la cinta transportadora del puesto 3 se para el motor M4 de la cinta y se acciona el cilindro E de expulsión. La pieza se desaloja de la cinta y se enciende la luz intermitente L1 (temporizadores 6 y 7 para el pulso de reloj de la intermitencia). El cilindro E retrocede, se reactiva el motor M4 y se resetea el contador de piezas procesadas. La luz L1 deberá ser apagada por el pulsador PL1 una vez recogida la pieza para su inspección.

  • Modo parada de emergencia y rearme

Todos los accionamiento se bloquean instantáneamente con el pulso de SE, salvo la ventosa, para impedir un desprendimiento de la pieza; y el plato de garras, para sujetar la pieza en caso de que al cesar inmediatamente el motor que la hace girar (M3) la pieza siga girando por inercia.

  • Rearme

Una vez desenclavada la seta, al pulsar RE se lleva a cabo el rearme de la estación hasta su posición de reposo.

Si el cilindro A se encontraba con la PE (parada de emergencia) en el puesto 1 y la pieza aún no había salido del alcance de S0, tras el rearme el cilindro deja la pieza en la cinta y retrocede, sin necesidad de comprobar la pieza que aun no se ha tratado.

En el resto de situaciones, una vez se produzca una PE debemos activar el modo de inspección de la pieza en curso para enviarla a control de piezas y ver si es válida, pues la PE se podrá haber producido por un error en el tratado de la pieza. Así, enviamos dicha pieza a inspección y activamos L1, sin resetear en este caso el contador de piezas procesadas.


Como puede observarse en los diagramas Laddder, se emplean cantidad de marcas (variables internas del sistema) para resolver la función de control, tanto booleanas Mx como enteras Mwx, que no encarecen la resolución de nuestro proyecto, pues sólo forman parte del software y no constituyen entradas o salidas de nuestro PLC.

Las únicas marcas que no se designan con Mx son Marcha y Emerg, que corresponden a los dos estados característicos de la estación. Pulsando PM se activa Marcha y pulsando PP se desactiva. Al pulsar SE se activa Emerg y también se desactiva Marcha, para que tras el rearme la estación no vuelva a funcionar hasta que no se pulse PM de nuevo. Tras pulsar RE se desactiva el estado de la marca Emerg y se lleva a cabo el rearme de la estación.

Simulaciones en AS

Se recomienda la descarga de las simulaciones ampliadas, con mayor calidad y con audio con comentarios del funcionamiento.


Modo normal de funcionamiento



Imagen:12344PABfunc.gif Descarga: Simulación Modo Normal

Modo inspección de pieza



Imagen:12344PAB Inspec.gif Descarga: Simulación Inspección

Modo paradas de emergencia / rearme



Imagen:12344PAB PE-RE.gif Descarga: Simulación PE-RE

Fichero del proyecto AS

12344ProyAutomBas
Herramientas personales