Cortadora de tubos electroneumática : Caso aplicado Nº 4

Cortadora de tubos electroneumática :  Caso aplicado Nº 4

Descripción del proyecto

El proyecto parte de la necesidad de ofrecer alternativas de automatización a las operaciones de corte de barras y tuberías en los talleres metalmecánicos o astilleros navales, debido a que la operación muy común y permite liberar a los operarios de dicha labor, ganando productividad, precisión de la operación y seguridad para el personal.

El proyecto a automatizar consiste en una cortadora de tubos electroneumática, diseñada para que en cada ciclo de operación ejecute los movimientos descritos en el diagrama espacio-fase, la parte operativa o hardware está representado por el circuito electroneumático y un tablero de control para el operador.

El proyecto se desarrolló con el fin de elaborar módulo didáctico cortador de tubo electroneumático para el laboratorio de neumática de la ENSB.

El prototipo elaborado permite realizar cortes de tubería PVC de ½” en modo ciclo a ciclo o en modo automático, con longitud de 10 cm.

 Figura 67. Modelado mecánico en 3D del ensamble de la cortadora electroneumática.

Fuente: Elaboración propia

Las especificaciones requeridas para el control electroneumático son:

A partir de la descripción del proyecto y de las especificaciones de control se procede al modelado del circuito de control eléctrico.

·         Se podrá elegir entre funcionamiento ciclo a ciclo y automático, en funcionamiento CaC (Ciclo a ciclo) solo se desarrolla el corte de una sola sección de tubería, en funcionamiento automático, el proceso de corte será continuo, un tiempo entre cada ciclo.

·         Antes de iniciar cualquier modo (CaC o Automático) debe ser seleccionado primero con el selector de modo y luego se inicia el proceso con el pulsador de inicio (INICIO).

·         Se debe contar con un pulsador para solicitud de paradas normales, (pulsador de STOP), en caso de estar funcionando en modo automático, el proceso debe detenerse al final del ciclo en su posición inicial.

 

Figura 68. Diagrama espacio-fase del caso 4

Fuente: Elaboración propia

Circuito de control electroneumático en Fluid SimP ®

Figura 69. Circuito electroneumático del caso 4

Fuente: Elaboración propia

ü  Circuito de control eléctrico

Figura 70. Circuito de control electroneumático del caso 4 – (1) 

Fuente: Elaboración propia

 

Figura 71. Circuito de control electroneumático del caso 4 – (2)

Fuente:   Elaboración propia

Figura 72. Circuito de control electroneumático del caso 4 - (3)

Fuente: Elaboración propia

 

Figura 73. Circuito de control electroneumático del caso 4 - (4)

Fuente: Elaboración propia

Circuito eléctrico Elevador de carga electromecánico : Caso aplicado Nº 3

Caso aplicado Nº 3: Elevador de carga electromecánico

ü  Descripción del proyecto

 Figura 60. Diagrama esquemático del elevador de carga  

Fuente: Elaboración propia

El elevador de carga de cuatro (4) cual consta de los siguientes componentes:

Un cilindro hidráulico de carga, encargado de subir y bajar la plataforma de carga, gobernado por una electroválvula 4/3, con doble accionamiento eléctrico y centrado por resortes. Este representa un símil de un motor eléctrico con inversor de giro, que es el mecanismo utilizado en el proyecto.

• Un cilindro de doble efecto encargado de abrir y cerrar la puerta de acceso, gobernado por una electroválvula monoestable.
• Pulsadores de llamada a Piso (P1, P2, P3 Y P4), los cuales se encuentran en el exterior de cada una de las puertas.
• Finales de carrera en cada piso (S1, S2, S3 y S4), los cuales se encuentran situados en cada una de las plantas y se encargan de detectar la posición del elevador.
• Finales de carrera en el cilindro PUERTA (A0 y A1), los cuales se encuentran situados en los extremos del cilindro y se encargan de detectar la posición de la puerta.
• Pulsador (PUERTA) ubicado en cada piso, importante para activar un ciclo de apertura temporizada del cilindro PUERTA que permita el ingreso de la carga. Esto es importante para el caso en el que tanto el operador como el elevador están en el mismo piso. Esta condición de funcionamiento se debe verificar en cada piso.
• Existe en el equipo un interruptor (OBST) que se usará para adicionar o quitar la presencia de un obstáculo.

 

Para efectos del diseño del circuito eléctrico, se han definido las posibles trayectorias correspondientes a cada una de las salidas, como se muestra a continuación:

 

Trayectorias de subida

• Subir 1-2: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 1 y se da la orden de marcha (P2) hacia el piso 2.
• Subir 1-3: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 1 y se da la orden de marcha (P3) hacia el piso 3.
• Subir 1-4: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 1 y se da la orden de marcha (P4) hacia el piso 4.
• Subir 2-3: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 2 y se da la orden de marcha (P3) hacia el piso 3.
• Subir 2-4: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 2 y se da la orden de marcha (P4) hacia el piso 4.
• Subir 3-4: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 3 y se da la orden de marcha (P4) hacia el piso 4.

 

Trayectorias de bajada

• Bajar 4-1: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 4 y se da la orden de marcha (P1) hacia el piso 1.
• Bajar 4-2: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 4 y se da la orden de marcha (P2) hacia el piso 2.
• Bajar 4-3: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 4 y se da la orden de marcha (P3) hacia el piso 3.
• Bajar 3-2: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 3 y se da la orden de marcha (P2) hacia el piso 2.
• Bajar 3-1: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 3 y se da la orden de marcha (P1) hacia el piso 1.
• Bajar 2-1: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 2 y se da la orden de marcha (P1) hacia el piso 1.

 

ü  Ciclo de trabajo

Una vez se active el pulsador de llamada de algún piso, la plataforma debe acudir al piso requerido, la plataforma activará el final de carrera del piso al que fue llamado y se abre la puerta durante 10 s para permitir que ingrese la carga, después de este tiempo se cierra la puerta, y el elevador se encontrará preparado para ejecutar una nueva orden de envío de la carga a otro piso.

 

El automatismo de control debe garantizar:

·         El cumplimiento de las 12 trayectorias posibles de subir o bajar.

·         Que cada vez que termina cada una de las 12 trayectorias de subir o bajar se debe activar un ciclo de apertura temporizada.

·         Que si durante el movimiento de cerrado de puerta se presenta un obstáculo (OBST), el cilindro puerta debe retroceder inmediatamente para abrir la puerta hasta que desaparezca la condición de obstáculo.

·         Que si se pulsa el Paro de Emergencia (PE), este hará que se suspenda cualquier orden de subir o bajar, y el elevador buscará ubicarse en el primer piso con la puerta abierta.

 

ü  Circuito de control eléctrico

 

Figura 61. Circuito electrohidráulico del elevador de carga

 Fuente: Elaboración propia

 

Figura 62. Trayectorias de subida

Fuente: Elaboración propia

 

Figura 63. Trayectorias de bajada

Fuente: Elaboración propia

  

Figura 64. Señal fin ciclos (subir y bajar)

                                Fuente: Elaboración propia 

Figura 65. Activación de puerta y   ciclo de puerta

Figura 66. Obstáculo                                           

Fuente: Elaboración propia

Estación mecatrónica manipuladora de piezas : Caso aplicado Nº 2

 Estación mecatrónica manipuladora de piezas : Caso aplicado Nº 2

   Descripción del proyecto

Este proyecto fue desarrollado dentro del módulo de “diseño mecatrónico” en el programa de ingeniería mecatrónica de la IU–ITSA, consistió en el diseño de una estación mecatrónica, capaz de manipular las piezas que ingresan a la estación y para efectos de este libro nos concentraremos en la simulación de la lógica de funcionamiento del circuito de control electroneumático que cumpla con las especificaciones definidas en el diagrama espacio-fase, apoyados en el software Fluid SimP®.

El objetivo principal fue el desarrollo de una estación MPS (Modular Production System), las cuales son equipos de didácticos para la enseñanza de la automatización que permiten su fácil programación, siendo equipos compactos, que recrean los procesos más comunes de fabricación o ensamble de piezas, que incluyen el conexionado de entradas y salidas a un Autómata programable PLC. Son equipamientos de especial relevancia para la formación realista en mecatrónica, automatización y sistemas de manipulación.

Actualmente, empresas líderes en automatización como FESTO, BOSH, AMATROL ofrecen estaciones mecatrónicas MPS de última tecnología, algunas de las cuales se reseñan a continuación y sirvieron como referentes de punta para este proyecto, entre ellas están: la estación de clasificación “Last buy not least” de la marca ® FESTO clasifica las piezas, entregándolas a tres planos inclinados; la estación ® Amatrol de 87-MS2, realiza un número de inspecciones en el proceso de ensamble de una válvula de control direccional y la estación Bosch Rexroth AG denominada “Sistema mecatrónico modular MMS estación almacén”.

  

Funcionamiento

El operador  ubicará manualmente la pieza en frente  al cilindro A (Alimentación), al pulsar el botón “START” el cilindro A (sale), dejando la pieza sujetada, enviando la señal  A1 para que el cilindro B (Estampado) realice el proceso de estampación en la pieza durante el tiempo de 3s (TEMP1), al cabo de los cuales se retrae, haciendo que el cilindro A que hasta ese momento permanecía extendido , retorne a su posición inicial, una vez la pieza está liberada, el cilindro C (Transferencia ) sale y regresa inmediatamente, dejando la pieza sobre la plataforma de elevación.

Una vez el cilindro D (Elevador) sube la pieza hasta estar completamente extendido, el sensor (D1) para enviar la señal al cilindro E (Expulsión) para enviar la pieza a un almacén y hacer que regresen los cilindros D y E en su orden, quedando la estación lista para procesar una nieva pieza.

Como se indica en el Diagrama Espacio Fase.

 

Aclaraciones de funcionamiento complementarias

·         Se contará con un solo tipo de pieza cuadrada, la cual será ubicada justo en frente del cilindro (A), antes de que se accione el pulsador de START.

·         A partir del momento que inicia el proceso, el sistema ejecutará de manera autónoma el ciclo descrito en el “diagrama espacio-fase”, terminando el sistema justo donde empezó.

Figura 54. Diagrama espacio-fase - Caso aplicado N°2 

 

Fuente: Elaboración propia

 

Figura 55. Modelado 3D en un Software CAD

   

Fuente: Elaboración propia

 ü  Circuito Electroneumático

Figura 56. Circuito electroneumático del caso N°2 

Fuente: Elaboración propia

 

ü  Circuito de control electroneumático

 

Figura 57. Proceso N° 1 Estampado

Fuente: Elaboración propia

Figura 58. Proceso N° 2 transporte

               

Fuente: Elaboración propia

 

 Figura 59. Proceso N° 3 elevación                

Fuente: Elaboración propia

 

Estación electroneumática de perforación de piezas : Caso aplicado N°1

Estación electroneumática de perforación de piezas : Caso aplicado N°1

Descripción del proyecto

 El proyecto a automatizar consiste en una taladradora de piezas electroneumática, diseñada para que en cada ciclo de operación ejecute los movimientos descritos en el diagrama espacio-fase, la parte operativa o hardware está representado por el circuito electroneumático y un tablero de control para el operador.

La implementación de este proyecto se hizo necesaria a raíz de la necesidad de disminuir los tiempos de fabricación de piezas metalmecánicas en los astilleros navales, siendo las platinas cuadradas de 10 mm de espesor unas de las más comunes y que en mayor cantidad deben procesarse.

 

ü  Las especificaciones requeridas para el control electroneumático son: 

La ubicación de la pieza metálica a procesar, la hará el operario en forma manual, una vez esté asegurada, el operador contará con un pulsador de INICIO normalmente abierto, el cual dará inicio al proceso de taladrado automático, que una vez terminado, se procederá al desmonte manual de la pieza.

Los actuadores 1A y 2A controlan el movimiento de la pieza rectangular en el plano horizontal, una secuencia coordinada permitirá la realización de cuatro agujeros en cada una de las esquinas del rectángulo a procesar (marcadas con los números 1, 2, 3 y 4). Y el actuador 3A será el encargado de mover el taladro verticalmente en cada una de las cuatro posiciones.

Para efectos del diseño e implementación del proyecto se utilizaron actuadores de doble efecto comandados por electroválvulas 5/2 monoestable, equipados cada uno por un par de finales de carrera y válvulas de estrangulación y anti retorno.

Detalles acerca de la secuencia de movimiento pueden encontrarse en el diagrama de espacio-fase que se muestra a continuación:

 Figura 49. Esquema de la situación - Caso aplicado N°1

Fuente: Elaboración propia

 

Figura 50. Diagrama espacio-fase - Caso aplicado N°1

Fuente: Elaboración propia

ü  Circuito de control electroneumático en FluidSim P.

Figura 51. Tablero de mando - Caso aplicado N°1

Fuente: Elaboración propia 

ü  Circuito Electroneumático

Figura 52. Circuito electroneumático correspondiente al caso 1 

Fuente: Elaboración propia

 

ü  Circuito de control eléctrico

Este circuito se acoge, lo más posible a las indicaciones dadas en la metodología del capítulo 3, sin embargo en algunos casos se deben incorporar algunas variantes que resultan de un conocimiento más profundo e intuitivo, como lo es la incorporación de los relé complementarios K3_1 y K6_1 los cuales se activan simultáneamente y bajo las mismas condiciones que los relés principales K3 y K6, pero se desactivan en momentos diferentes, esto con el fin de que los relés K3 y K6 ejecuten las acciones de activación de las bobinas Y1 y Y2 respectivamente, mientras que los relé K3_1 y K6_1 sirven sólo como evidencia de la realización de un paso y como preparación para el siguiente.

 

Figura 53. Circuito de control eléctrico correspondiente al caso 1

Fuente: Elaboración propia