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UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACIÓN Enrique Guzmán Y Valle

FACULTAD DE TECNOLOGÍA Escuela profesional de electromecánica

MONOGRAFÍA

SISTEMAS DE BANDAS TRANSPORTADORAS

PRESENTADO POR:

OLIVARES HUMANI, Mitchell Maycol

Para optar el título profesional de Licenciado en Educación

Especialidad de: Automatización Industrial

LIMA – PERÚ 2017

MONOGRAFÍA

SISTEMAS DE BANDAS TRANSPORTADORAS

Rs, N° 0258 -2017-D-FATEC (06-07-2017)

MIEMBROS DEL JURADO:

Presidente (a):

Dr. CASIMIRO URCOS, Walther Hernán

.…………………… Firma

Secretario (a):

Dr. RIVERA MANDARACHE, Ermes Ysidro

.…………………… Firma

Vocal:

Lic. QUINTEROS OSORIO, Roger Octavio

.…………………… Firma

i

DEDICATORIA A Dios, por otorgarme la oportunidad de vivir y de haberme rodeado de las personas más bellas. A Charito la mujer que admiro.

ii

ÍNDICE DE CONTENIDOS

CONTRA CARATULA

i

DEDICATORIA

ii

ÍNDICE DE CONTENIDOS

iii

ÍNDICE DE FIGURAS

vii

ÍNDICE DE TABLAS

x

INTRODUCCIÓN

xi CAPITULO N°1 SISTEMAS DE BANDAS TRANSPORTADORAS

1.1. Conceptualización de las bandas transportadoras

1

1.2. Desarrollo de las primeras bandas

2

1.3. Desarrollo le las primeras bandas transportadoras

3

1.4. Definición

3

1.5. Ventajas

4

1.6. Áreas de aplicación

4

1.7. Clasificación general de los sistemas de bandas transportadoras

4

1.7.1.

Bandas Transportadoras según la longitud de desplazamiento

5

1.7.1.1. De uso pesado

5

1.7.1.2. De uso ligero

5

1.7.2.

Bandas transportadoras por sistema de apoyo

5

1.7.2.1. Bandas estacionaria

5

1.7.2.2. Bandas semifijas

6

1.7.2.3. Bandas móviles

6

1.7.3.

Bandas transportadoras como aplicaciones especiales

6

1.7.3.1. Bandas giratorias

6

1.7.3.2. Bandas ripables

7

1.7.3.3. Bandas con tripper

8

1.7.3.4. Bandas flexowell

8

1.7.3.5. Bandas de sección tubular

9 …

1.7.3.6. Bandas para tuneladoras

iii

10

1.4.7.

Bandas transportadoras según tipo de banda

10

1.7.4.1. Bandas con rodillos

10

1.7.4.2. Bandas planas

11

1.7.4.3. Bandas con ruedas

12

1.7.4.4. Bandas con cadenas

12

1.7.4.5. Bandas con listones

13

1.7.4.6. Bandas aéreas

13

1.7.4.7. Bandas por cable enterrado

14

1.7.5.

Bandas transportadoras según el trazo

14

1.7.5.1. Bandas horizontales

15

1.7.5.2. Bandas verticales

15

1.7.5.3. Bandas mixtas

15

1.7.6.

Otros tipos de bandas transportadoras

1.8. Partes principales de los sistemas de bandas transportadoras

16 16

1.8.1.

La cinta o jafa

16

1.8.2.

Materiales de fabricación

16

1.8.3.

Tipos de bandas sintéticas

17

1.8.4.

Tambores

18

1.8.5.

Estaciones tensoras

19

1.8.6.

Estaciones accionadoras

20

1.8.7.

Reductores de velocidad

21

1.8.8.

Rodillos

21

1.8.9.

Bastidores

23

1.8.10. Tolvas

23

1.8.11. Elementos de seguridad

24

1.8.12. Equipos de limpieza

24

1.8.13. Esquema de una Banda Transportadora

25

CAPITULO N°2 CONTROL DE BANDAS TRANSPORTADORAS 2.1. Control de procesos

26

2.1.1.

Objetivo

26

2.1.2.

Variables de control

26 iv

2.1.3.

Componentes

27

2.2. Desarrollo del control de procesos

28

2.3. Tipos de control de un procesos

31

2.3.1.

Control de lazo abierto

31

2.3.2.

Control de lazo cerrado

32

2.4. Tipos de procesos industriales

32

2.4.1.

Procesos continuos

32

2.4.2.

Procesos discretos

33

2.4.3.

Procesos discontinuos

34

2.5. Tecnologías para el control de procesos

34

2.5.1.

Tecnología neumática

34

2.5.2.

Tecnología electroneumática

35

2.5.3.

Tecnología hidráulica

37

2.5.4.

Tecnologías de la instrumentación

37

2.5.5.

Controlar lógico programable PLC

38

2.5.6.

Circuitos integrados programables PIC

40

CAPITULO N°3 PLANIFICACIÓN DE SESIÓN DE APRENDIZAJE 3.1. Terminología pedagógica

44

3.2. Sesión de aprendizaje

45

3.3. Hoja informativa

49

3.4. Hoja de práctica

52

3.5. Hoja de evaluación

59

CAPITULO N°4 APLICACIÓN PRÁCTICA 4.1. Objetivos

61

4.2. Descripción de los dispositivos empleados en el módulo

61

4.3. Estructura de la Banda Transportador

61

4.2.1.

Sensor óptico reflexivo TCRT5000

61

4.2.2.

Microcontrolador PIC 16F877A

62 v

4.2.3.

Motor paso – paso

66

4.2.4.

Display de siete segmentos

67

4.2.5.

Transistor 2N2222

70

4.2.6.

Diodo LED

70

4.2.7.

Resistencias

71

4.2.8.

Buzzer

72

4.2.9.

Teclado matricial

73

4.2.10. Integrado 74ls47

74

4.2.11. Oscilador de cuarzo

75

4.2.12. Condensador cerámico

76

4.2.13. Actuador neumático de doble efecto

76

4.2.14. Electroválvula neumática

77

4.2.15. Relevador de armadura

78

4.4. Descripción de los software empleados

79

4.3.1.

Proteus Profesional 7.10

79

4.3.2.

Microcode Estudio

81

4.3.3.

Pickit2

83

4.4. Diagrama de flujos de operación

86

4.5. Rutina de programación del microcontrolador

87

4.6. Simulación virtual del circuito de control

92

4.7. Simulación virtual del circuito electroneumático

93

4.8. Esquemas del circuito electrónico impreso

94

4.9. Imágenes del módulo didáctico

95

4.10. Presupuesto de implementación del proyecto

97

RESUMEN DEL TRABAJO CONCLUSIONES O RECOMENDACIONES REFERENCIA, BIBLIOGRÁFICA WEBGRAFIA ANEXOS

vi

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Banda estacionaria

5

Figura 1.2 Sistema de banda móviles

6

Figura 1.3 Cinta giratoria – punto de giro trasero

6

Figura 1.4 Cabeza de cinta ripable

7

Figura 1.5 Bandas transportadoras con tripper

8

Figura 1.6 Bandas flexowell

8

Figura 1.7 Bandas de sección tubular

9

Figura 1.8 Bandas para tuneladoras

10

Figura 1.9 Bandas transportadoras con rodillos

10

Figura 2.0 Bandas transportadoras planas

11

Figura 2.1 Bandas transportadoras con ruedas

12

Figura 2.3 Bandas transportadora con cadenas

12

Figura 2.4 Bandas transportadora con listones

13

Figura 2.5 Cintas con carros aéreos

13

Figura 2.6 Bandas transportadoras por cable enterrado

14

Figura 2.7 Bandas transportadoras horizontales

15

Figura 2.8 Bandas transportadoras verticales

15

Figura 2.9 Bandas transportadoras mixtas

15

Figura 3.0 Las bandas lisas

17

Figura 3.1 Las bandas rugosas

18

Figura 3.2 Las bandas nervadas

18

Figura 3.3 Tambor motriz

19

Figura 3.4 Tambor de reenvió

19

Figura 3.5 Estaciones tensoras

20

Figura 3.6 Grupo motriz

20

Figura 3.7 Rodillo de impacto

22

Figura 3.8 Rodillo de alineación

22

Figura 3.9 Rodillo de retorno

22

Figura 4.0 Rodillo cilíndrico

22

Figura 4.1 Bastidores tubulares

23

Figura 4.2 Tolva de descarga

23 vii

Figura 4.3 Capotajes de chapa ondulada y galvanizada

24

Figura 4.4 Rascador primario

25

Figura 4.5 Estructura de una cinta transportadora

25

Figura 4.6 Proceso de pasteurización

28

Figura 4.7 Proceso industrial de control manual

28

Figura 4.8 Control centralizado por ordenador

31

Figura 4.9 Controlador lógico Programable

38

Figura 5.0 Estructura interna de un PLC

39

Figura 5.1 Microcontrolador genérico

40

Figura 5.2 Cuadro de lenguajes de programación

42

Figura 5.3 Cinta transportadora y sus componentes

51

Figura 5.4 Sensor óptico reflexivo TCRT5000

62

Figura 5.5 Microcontrolador 16F877A

63

Figura 5.6 Descripción de los pines del microcontrolador

63

Figura 5.7 Motor P-P bipolar

66

Figura 5.8 Bobinas de un motor bipolar

67

Figura 5.9 Estructura de ánodo común

68

Figura 6.0 Estructura de cátodo común

68

Figura 6.1 Disposición de los pines del display de 7 segmentos

70

Figura 6.2 Transistor 2N2222 Bipolar

70

Figura 6.3 Estructura de un transistor NPN y PNP

71

Figura 6.4 Estructura de un diodo LED

71

Figura 6.5 Resistencia fija

71

Figura 6.6 Zumbador o buzzer

72

Figura 6.7 Teclado matricial 4x4

73

Figura 6.8 Diagrama esquemático de teclado

73

Figura 6.9 Decodificador de 7 segmentos 74ls47

74

Figura 7.0 Diagrama del C.I. 74LS47

75

Figura 7.1 Oscilador de 4 MHz

76

Figura 7.2 Capacitor cerámico de 22Pf

76

Figura 7.3 Cilindro neumático de doble efecto

77

Figura 7.4 Arquitectura de un cilindro de doble efecto

77

Figura 7.5 Electroválvula monoestable 5/2 vías

78

Figura 7.6 Relevador de 5 v en módulo

79 viii

Figura 7.7 Interfaz de ISIS

80

Figura 7.8 Interfaz Microcode estudio

81

Figura 7.9 Interfaz de PICkit2

84

Figura 8.0 Detección del dispositivo

84

Figura 8.1 Selección del dispositivo integrado

85

Figura 8.2 Importación de archivo hex

85

Figura 8.3 Resultado de la programación

85

Figura 8.4 Primera etapa de programación

88

Figura 8.5 Programa control e inicio de programa

89

Figura 8.6 Programa multiplexor

89

Figura 8.7 Programa de discriminación de códigos

90

Figura 8.8 Programa de sonidos

91

Figura 8.9 Programa de ejecución del proceso

92

Figura 9.0 Programa de conteo de cajas

92

Figura 9.1 Circuito electrónico diseñado en Proteus Design

93

Figura 9.2 Circuito de control en fluidSIM-P

94

Figura 9.3 Circuito de potencia en fluidSIM-P

94

Figura 9.4 Disposición de los componente electrónicos en placa PCB

95

Figura 9.5 Esquema impreso de las pistas del circuito

95

Figura 9.6 Modulo didáctico vista lateral

96

Figura 9.7 Modulo didáctico vista frontal

96

ix

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Componentes generales de un sistema de banda transportadora

25

Tabla 2. Especificaciones técnicas del sensor óptico

62

Tabla 3. Lenguaje de instrucciones en BASIC

65

Tabla 4. Secuencia de pulsos para un motor bipolar

67

Tabla 5. Características electrónicas del teclado

74

Tabla 6. Tabla de verdad del decodificador 74ls47

75

Tabla 7. Datos técnicos de la electroválvula monoestable 5/2

78

Tabla 8. Costeo de los componentes del módulo didáctico

96

x

INTRODUCCIÓN

Desde tiempos muy remotos el hombre ha buscado la manera de resolver los problemas que se le presentaban. Una de las maneras de resolverlas fue a través del uso de herramientas e invención máquinas, una de esas tantas invenciones tecnologías, son los sistemas de bandas transportadoras. Las bandas transportadoras aparecen a mediados del siglo dieciocho, debido al auge de la industria minera. Estos sistemas de transporte por medio de bandas en la actualidad están incursionando en casi todas los sectores industriales, las bandas transportadoras están optimizando el trasporte y la producción industrial de las medianas y grandes empresas. En el Perú la faja transportadora más grande y moderna es la que en el año 2014 fue implementada en el puerto del callao, con una extensión de recorrido de tres kilómetros, es empleada para el trasporte y embarque de minerales. Este sistema triplica el material que se trasporta actualmente por medio de camiones. En este contexto donde se vienen sustituyendo los sistemas tradicionales de transporte de camiones por sistemas de transporte continuo, da ha lugar al estudio de los sistemas de bandas transportadoras. Por ello el interés sobre el tema investigado versa en primera instancia por descubrir y presentar; las primeras bandas transportadora que se utilizaron en los albores de la historia. Se adjudica que la invención de la rueda tuvo lugar en Mesopotamia. Nosotros respondemos de manera similar la pregunta, ¿Quiénes fueron los hombres que dieron nacimiento a lo que hoy conocemos como sistemas de bandas transportadoras? ¿Cuál fue el primer uso que se le dio? Seguidamente presentaremos una clasificación general de los tipos de bandas transportadora existentes en el mercado y en la industrias. Seguidamente nuestra investigación trata sobre la estructura tecnológica empleada en la construcción de las bandas transportadoras. Dado que los sistemas de trasporte de este tipo ya no están desligados de las nuevas tecnologías y en realidad sin estas las bandas transportadoras por si mismas solo serían artilugios rudimentarios, exponemos someramente las tecnologías complementarias que hacen de las bandas mecanismos altamente automatizados, capases de

xi

transportadora desde un simple un objeto cualquiera hasta la fabricación de un automóvil. En el capítulo dos estudiamos los sistemas de control aplicables a la banda transportadora.

En el capítulo tres desarrollamos la planificación de la sesión de aprendizaje. Por último concluimos nuestra investigación presentando la aplicación práctica un “módulo didáctico” que lleva por nombre “banda transportadora abastecedora de insumos” que consiste en el proceso que emula el funcionamiento de las bandas transportadoras de las industrias. Específicamente la aplicación permite suministrar los insumos alimenticios como arroz, sal, azúcar y otros en sus respectivos recipientes, así como la contabilización del número de recipientes procesados. En base a esta descripción procedemos al desarrollo y la presentación del presente trabajo investigatorio.

xii

1

CAPITULO N° 1 SISTEMAS DE BANDAS TRANSPORTADORAS

1.1.

Conceptualización de las bandas transportadoras

Las enciclopedias virtuales definen a los sistemas de bandas transportadoras de la siguiente manera que continuación presentamos: Un sistema de transporte consistente en una cinta que se mueve continuamente entre dos tambores. Esta banda es arrastrada por fricción por uno de los dos tambores, que es accionado por un motor. El otro tambor gira libremente y tiene como función el de servir de retorno a la banda. Entre los dos tambores la banda es soportada por rodillos. Una cinta transportadora o banda transportadora es un aparato para el transporte de objetos formado por dos poleas que mueven una cinta transportadora continua. Las poleas son movidas por motores, haciendo girar la cinta transportadora y así lograr transportar el material depositado en la misma. Las cintas o bandas transportadoras se usan extensivamente para transportar materiales agrícolas e industriales, tales como grano, carbón, menas, etcétera, a menudo para cargar o descargar buques cargueros o camiones. Para transportar material por terreno inclinado se usan unas secciones llamadas cintas transportadoras elevadoras. Existe una amplia variedad de cintas transportadoras, que difieren en su modo de funcionamiento, medio y dirección de transporte, incluyendo transportadores de tornillo, los sistemas de suelo móvil, que usan planchas oscilantes para mover la carga, y transportadores de rodillos, que usan una serie de rodillos móviles para transportar cajas o palés. Las cintas o bandas transportadoras se usan como componentes en la distribución y almacenaje automatizados. Combinados con equipos informatizados de manejo de palés, permiten una distribución minorista, mayorista y manufacturera más eficiente, permitiendo ahorrar mano de obra y transportar rápidamente grandes volúmenes en los procesos, lo que ahorra costes a las empresas que envía o reciben grandes cantidades, reduciendo además el espacio de almacenaje necesario todo esto gracias a las bandas transportadoras.

2

1.2. Desarrollo de las primeras bandas Las correas, cuerdas y cadenas fueron utilizadas como medios de tracción durante siglos. Las antiguas civilizaciones como los babilonios y los asirios utilizaron las cadenas por primera vez en máquinas de extracción de agua. En el periodo histórico de la Edad Media, se utilizó la tracción mediante cuerdas sin fin para accionar máquinas de molienda. Durante el transcurso de la industrialización que se inició con la invención del motor a vapor en el siglo XVIII, dio lugar a la fabricación de correas planas hechas de cuero curtido. La fuerza generada de forma centralizada por el motor de vapor se transmitía a través de poleas a cada una de las máquinas de producción a través de largos arboles de transmisión. Este sistema se convirtió en la base indispensable para la producción industrial. En los años de 1832 y 1888 a causa de la introducción de los motores eléctricos, su aplicación como accionamiento individual, y los inconvenientes de las correas de cuero (degradación por fricción; empalmes mecánicos que tienden a sufrir accidente), la correa de trasmisión perdió popularidad temporalmente. Durante la Segunda Guerra Mundial, los componentes naturales de los transportadores se volvieron muy escasos, permitiendo que la industria de polímeros se dedicara a crear materiales sintéticos que reemplazaran a los naturales. Fernand Hebegeer (1921–1992) tuvo la oportunidad de crear una correa plana de poliamida con características estables y predecibles que se podía convertir en correa sinfín mediante un empalme encolado. Desde entonces se han desarrollado muchos materiales para aplicaciones muy concretas dentro de la industria, como las bandas con aditivos antimicrobianos para la industria de la alimentación o las bandas con características resistentes para altas temperaturas. Con el paso del tiempo las bandas transportadoras fueron evolucionando su construcción, diseño y funcionamiento apegándose a las necesidades y características de los procesos de producción.

3 1.3. Desarrollo de las primeras bandas transportadoras El transporte de material mediante cintas transportadoras, data de aproximadamente de los años de 1795. Estos primeros sistemas eran muy primitivos y consistían en una cinta de cuero, lona, o cinta de goma que se deslizaba por una tabla de madera plana o cóncava, empleadas para el transporte de carbón y materiales de la industria minera. La mayoría de estas tempranas instalaciones se realizaban sobre terrenos relativamente planos, así como en cortas distancias. Este tipo de sistema no fue calificado como exitoso, pero proporciono un incentivo a los ingenieros para considerar los transportadores como un rápido, económico y seguro método para mover grandes volúmenes de material de un lugar a otro. Fue en 1860 cuando se puso en servicio una de las primeras cintas transportadoras para la minería cuyo diseñador fue Lopadine, y que se utilizó en una explotación de aluviones auríferos en Siberia. El sistema incluía las partes esenciales de una cinta: banda sin fin, tambores de accionamiento y reenvió, trasmisión, bastidores y rodillo. Aunque el principio de los sistemas de la banda transportadora tiene una naturaleza sencilla, el uso real de estos sistemas no apareció hasta finales del siglo XIX. A partir que en 1885 Thomas Robins desarrollo una serie de bandas transportadoras de tres rodillo, concepción que ha sido utilizada hasta nuestros días. Henry Ford en el año 1913 siguió esa invención mediante la utilización de bandas transportadoras para su compañía Ford Motor, para la fabricación de vehículos en serie que seguía una cadena de montaje, lo cual revolucionó la industria del automóvil. De ahí en adelante los sistemas de bandas transportadoras se diversificaron hacía diferentes tipos de actividades económicas y en la actualidad existen sistemas altamente sofisticados capaces de operar sin ningún tipo de supervisión humana.

1.4. Definición Desde mi apreciación personal las bandas son sistemas, servo-mecanismos, máquinas, artefactos, aparatos, cuya función principal es la de trasladar materiales, objetos etc. de forma continuo, desde un punto llamado área de carga hasta otro llamado área de descarga.

4 1.5. Ventajas Amigable con el medio ambiente: Las cintas transportadoras también son beneficiosas ambientalmente. Una cinta especial para minería usa una quinta parte del consumo de energía de los camiones pesados, lo cual tiene un efecto positivo sobre las emisiones de dióxido de carbono. Trasporte De Grandes flujos a grandes distancia: en la actualidad el transporte es de hasta 10000 T/Hora, existiendo cintas que trasportan hasta 50000 T/Hora; en lo que respecta a la longitud, existen cintas de hasta 30 Km

Facilidad de carga y descarga: Aunque en general las cintas transportadoras se cargan en un extremo de las mismas, es posible efectuar la carga en un punto cualquiera de las mismas, mediante dispositivos diversos como tolvas, descarga directa desde otra cinta, etc.

1.6.

Áreas de aplicación -

Las industrias extractivas, minas subterráneas y a cielo abierto

-

Las Industrias siderúrgicas, parques de carbón y minerales

-

Instalaciones portuarias de almacenamiento, carga y descarga de barcos

-

Centrales térmicas, parques de almacenamiento y transporte a quemadores de carbón, así como la evacuación de las cenizas producidas Agroindustrias azucareras, transporte de bagazo

-

Industria automotriz

-

Industria químico - farmacéutica

-

Industria plástica

-

Industrias alimentos enlatados

1.7.

-

Clasificación general de los sistemas de bandas transportadoras

Aunque no existe una clasificación sistemática de las bandas transportadoras, el acopio de información nos permite establecer una clasificación atendiendo ciertos criterios como: La longitud de desplazamiento, su sistema de apoyo, la estructura o tipo de banda, el tipo de aplicaciones y el trazado.

5 1.7.1. Bandas transportadoras según la longitud de desplazamiento 1.7.1.1. De uso pesado Se les conoce como bandas transportadoras de uso pesado a aquellos mecanismos encargados de trasladar materiales pesados a través de amplias extensiones. Los materiales que se trasladan pueden ser frágiles, por lo que la tecnología de las bandas debe ser apropiada para conservarlos. Las distancias que abarcan son mayores y pueden tener ángulos de inclinación que les permite adaptarse a distintos terrenos. Este tipo, son utilizadas con mayor frecuencia en los ámbitos de la construcción, minería entre otras industrias.

1.7.1.2. De uso ligero Contrariamente a los de uso pesado los de uso ligero Sirven para trasladar materiales que no pesen mucho y las distancias recorridas que abarcan son menores. Tal vez estas bandas transportadoras sean uno de los equipos industriales que más se reconozcan, dado que está presente en la vida cotidiana, como en las cajas de los supermercados o tiendas comerciales.

1.7.2.

Bandas transportadoras por sistema de apoyo

1.7.2.1. Bandas estacionarias Las cintas fijas son las que permanecen durante mucho tiempo en posición invariable, con apoyos fijos, normalmente de hormigón, que están enterrados en el suelo y no cambian de posición. Este es el grupo más popular y de uso más generalizado dentro de las explotaciones e incluso en las plantas de tratamiento.

Figura 1.1 Banda estacionaria

6 1.7.2.2. Bandas semifijas Las cintas fijas que permiten el su traslado con cierta frecuencia mediante equipos auxiliares suelen tener dados prefabricados de hormigón, que permiten su apoyo directamente sobre el terreno y pueden transportarse conjuntamente con la máquina para su rápido montaje posterior. Deben cumplir determinados requisitos específicos: -

Ser fácilmente montables y desmontables,

-

Moduladas para permitir ampliaciones o reducciones de longitud.

1.7.2.1. Bandas móviles Presentan la particularidad de tener un tren de rodaje delantero que permite su arrastre tirando de la cola trasera. Existen cintas muy ligeras construidas en perfiles tubulares y cintas pesadas con perfiles de acero laminado en caliente. Normalmente estas cintas pueden modificar su inclinación mediante cilindros hidráulicos que levantan el bastidor de la cinta apoyándose en la estructura metálica que soporta el tren de neumáticos.

Figura 1.2 Banda móviles

1.7.3. Bandas transportadoras como aplicaciones especiales 1.7.3.1 Bandas giratorias

7 Constituyen una variante de las cintas móviles sobre neumáticos, donde el tren de rodaje se coloca perpendicularmente al eje de la cinta para describir un círculo respecto al punto trasero, en donde se encuentra anclada la cola de la cinta. Sirven para efectuar acopios en forma circular con un elevado volumen de almacenaje

Figura 1.3 Cinta giratoria – punto de giro trasero

1.7.3.2. Bandas ripables El término ripable proviene del verbo inglés ripple que significa “rizar, ondear la superficie”. Son, por lo tanto, cintas que tratan de adaptarse a un terreno suave siguiendo el trazado de su perfil longitudinal. Constan de los siguientes elementos:

Figura 1.4 Cabeza de cinta ripable

Estas cintas, que se usan en longitudes de transporte elevadas pero pueden utilizarse para cualquier distancia, presentan las siguientes ventajas: -

Los tramos de cabeza y cola para potencias pequeñas necesitan solamente un ligero anclaje o lastre

8 -

Los tramos intermedios no necesitan cimentación,

-

Las cintas se adaptan al perfil longitudinal del terreno si es suave, e incluso admite ciertos vados de curvatura transversal

-

Se pueden ampliar o acortar fácilmente

-

El bastidor es más barato que el de una cinta convencional

1.7.3.3. Bandas con tripper Son cintas horizontales colocadas a una altura elevada y que llevan un carro desplazable motorizado que puede recorrer la cinta en toda su longitud, realizando el vertido del material de la cinta en el punto donde se sitúa el carro. Aplica el carro tripper cuando se requieren infinitas posiciones de descarga a lo largo de toda la longitud de la cinta, las cuales se consiguen con el movimiento del tripper o carro de descarga. Si se quieren conseguir varios puntos de descarga simultáneos a lo largo del transportador de banda se pueden aplicar varios tripper fijos. El tripper tiene un tambor motriz, unos tambores de reenvío y una canaleta para descargar el material en el punto deseado. La canaleta suele tener un by-pass para realizar el vertido a la izquierda o a la derecha de la cinta.

Figura 1.5 Bandas transportadoras con tripper

1.7.3.4. Bandas flexowell Son cintas basadas en el empleo de una banda especial llamada flexowell. Se trata de una banda con laterales de hasta 600/700 mm compartimentada con grúa transversal formando cajones continuos cerrados, equivalen a un elevador de cangilones pero con banda continua. Tiene un tramo corto horizontal que recibe el material, un tramo vertical largo y otro tramo horizontal corto en la parte superior de la máquina en donde se realiza el vertido.

9

Figura 1.6 Bandas flexowell

1.7.3.5. Bandas de sección tubular Inicialmente desarrolladas en Japón, son cintas similares a las convencionales con la misma cabeza motriz y de tensado, carga y descarga pero que logran que la banda tome la forma circular utilizando unos rodillos colocados en hexágono. La transición de banda plana a tubo se consigue con una transición del orden de 25 veces el diámetro del tubo. Son especialmente útiles porque:

Figura 1.7 Bandas de sección tubular

-

Admiten inclinaciones de 30º con bandas lisas

-

El material se transporta cerrado sin contaminación ambiental

-

Permiten radios en el plano horizontal de hasta 50 m y en el plano vertical hasta 30 veces el diámetro del tubo

-

Se adaptan bien a recorridos largos

10

1.7.3.6. Bandas para tuneladoras A raíz del desarrollo de las tuneladoras para obras subterráneas del metro, carreteras y ferrocarriles, se han desarrollado aplicaciones específicas de cintas, que se colocan detrás de la cabeza de perforación para transportar el material del frente de explotación hasta el punto deseado.

Figura 1.8 Bandas para tuneladoras

1.7.4. Bandas transportadoras según tipo de banda 1.7.4.1. Bandas con rodillos Es una forma muy común de cinta. El camino consiste en una serie de tubos perpendiculares a la dirección de avance, como se ilustra en la figura 1.9 Los rodillos están contenidos en un armazón fijo que eleva la cinta del suelo desde varios decímetros a algo más de un metro. Los pallets planos o bandejas portando la carga unitaria son desplazados a medida que giran los rodillos. Las cintas con rodillos pueden ser impulsadas mecánicamente o gravitatorias. Los sistemas de tipo gravitatorio se disponen de tal modo que el camino desciende una pendiente suficiente para superar la fricción de los rodillos.

11

Figura 1.9 Bandas transportadoras con rodillos

Las cintas con rodillos pueden ser usadas para el reparto de cargas durante las operaciones de procesado, el reparto hacia y desde el lugar de almacenamiento y aplicaciones de distribución.

1.7.4.2. Bandas planas Este tipo está disponible en dos formatos comunes: cintas planas para pallets, piezas o incluso ciertos tipos de materiales en masa; y cintas huecas para materiales en masa. Los materiales se sitúan en la superficie de la cinta y viajan a lo largo del recorrido de la misma. La cinta forma un lazo continuo de manera que una mitad de su longitud puede emplearse para el reparto del material y la otra mitad para el retorno. La cinta se soporta con un armazón con rodillos u otros soportes espaciados entre sí varios decímetros. A cada extremo de la cinta están los rodillos motores (“poleas”) que impulsan la cinta.

Figura 2.0 Bandas transportadoras planas

12 1.7.4.3. Bandas con ruedas Operativamente son similares a los rodillos. Sin embargo en lugar de rodillos, pequeñas ruedas como las de los “patines” montadas sobre ejes rotatorios conectados al armazón se emplean para desplazar el pallet, bandeja, u otro contenedor a lo largo de la ruta. Las aplicaciones de este tipo de cintas son similares a las de los rodillos, excepto que las cargas deben ser en general más ligeras al estar los contactos entre carga y cinta mucho más concentrados.

Figura 2.1 Bandas transportadoras con ruedas

1.7.4.4. Bandas con cadenas Están formadas por lazos de cadena sin fin en una configuración arriba abajo alrededor de ruedas dentadas motorizadas, en los extremos del camino. Puede haber una o más cadenas operando en paralelo para formar la cinta. Las cadenas viajan a lo largo de canales que proporcionan soporte para las secciones flexibles de la cadena. O bien las cadenas se desplazan por el canal o usan rodillos para montarse al canal. Las cargas generalmente se montan sobre las cadenas.

Figura 2.3 Bandas transportadoras con cadenas

13 1.7.4.5. Bandas con listones Este sistema emplea plataformas individuales, llamadas listones o tablillas, conectadas a una cadena continua en movimiento. Aunque el mecanismo impulsor es la cadena, funciona en gran medida como una cinta plana. Las cargas se sitúan sobre la superficie plana de las tablillas y se desplazan con ellas. Los caminos son generalmente en línea recta, pero al ser movidas por cadenas y la posibilidad de introducir curvas en el camino mediante ruedas dentadas, las cintas con listones pueden tener giros en su lazo continuo.

Figura 2.4 Bandas transportadora con listones

1.7.4.6. Bandas aéreas Cuando hablamos de movimiento del material, un carro es un soporte con ruedas moviéndose en un rail elevado del que puede colgar la carga. Una cinta con carritos es una serie de múltiples railes igualmente espaciados a lo largo de los raíles mediante una cadena sin fin o cable.

Figura 2.5 Cintas con carros aéreos

14 La cadena o cable está unida a una rueda que proporciona energía al sistema. El camino está determinado por el sistema de raíles; tiene giros y cambios en elevación formando un lazo sin fin. En los carros se suspenden ganchos, cestas u otros receptáculos para la carga. Los sistemas de carros aéreos se emplean a menudo en fábricas para mover piezas y conjuntos de ensamblaje entre los principales departamentos de producción. Pueden emplearse tanto para reparto como para almacenamiento.

1.7.4.7. Bandas por cable enterrado Estos sistemas emplean vehículos con ruedas impulsados por medio de cadenas o cables en movimiento situados en zanjas en el suelo. Las rutas están definidas por las zanjas y cables. Es posible el cambio desde un segmento impulsado a otro diferente, proporcionando cierta flexibilidad en el rutado. Los carros emplean clavijas reforzadas de acero para acoplarse a la cadena. Dichas clavijas de pueden extraer de la zanja para liberar al carro del avance de la cadena y realizar las operaciones de carga/descarga.

Figura 2.6 Bandas transportadoras por cable enterrado

1.7.5. Bandas transportadoras según el trazo Las bandas transportadoras fueron diseñadas para trasladar materiales en diferentes sentidos direccionales según este criterio encontramos bandas horizontales, bandas verticales, y bandas mixtas. Cuando el traslado de los materiales se hacen en forma vertical de abajo hacia abajo o viceversa entonces hablamos de bandas verticales, cuando el traslado se hace de forma horizontal hablamos de bandas horizontales, y si el traslado se es una combinación de las dos anteriores no referimos a bandas mixtas.

15 1.7.5.1. Bandas horizontales

Figura 2.7 Banda transportadora horizontal

1.7.5.2. Bandas verticales

Figura 2.8 Bandas transportadoras verticales

1.7.5.3. Bandas mixtas

Figura 2.9 Bandas transportadoras mixtas

16 1.7.5. Otros tipos de bandas transportadoras Puesto que las cintas son elementos que se diseñan para cada necesidad concreta, existen multitud de modificaciones sobre las cintas estándar que permiten cumplir los objetivos de cada transporte. Vamos a enumerar algunas de ellas: -

Cintas reversibles que permiten que la banda circule en una dirección o en la contraria

-

Cintas con voladizos atirantados para eliminar los pies de apoyo bajo la cabeza de la Cinta, dejando libre el espacio correspondiente.

-

Cintas con inclinación variable. Estas cintas pueden ser hidráulicas, atirantadas con una rótula de giro en el punto trasero, etc.; tiene por objeto hacer acopios a distintas alturas para evitar la rotura del material por caída, la segregación del material, etc.

-

Cintas de gran longitud con curvas horizontales, cuyas estaciones superiores e inferiores basculan en torno a un pivote de giro superior.

1.8. Partes principales de los sistemas de bandas transportadoras 1.8.1. La cinta o faja Es el elemento portador de los objetos a trasladar y desplazarlo desde el punto de carga hasta el de descarga, razón por la cual se la puede considerar el componente principal de las cintas transportadoras. La banda transportadora debe reunir los siguientes requisitos: -

Alta resistencia mecánica longitudinal

-

Flexibilidad en direcciones longitudinal transversal

-

Elevada resistencia al desgaste

-

Alta resistencia a la humedad

1.8.2. Materiales de fabricación Los elementos empleados para la fabricación de cintas en la actualidad son hechos de tejidos naturales, sintéticos y metálicos.

17 Naturales: Los tejidos naturales como el algodón se emplean muy poco en la actualidad al haber sido sustituido por el tejido sintético Sintéticas: De los tejidos sintéticos las más empleas son; el poliéster la poliamida, PVC, Poliuretano. Respecto al poliéster se puede decir que es una fibra química conocida comercialmente como Trevira y Terylene. En cuanto a la poliamida también es una fibra sintética conocida como Nylon Y Perlon. Las bandas de caucho tienen una sección llamada carcasa que es la urdimbre, que soporta los esfuerzos de tracción longitudinales hecha de cables galvanizados .

Metálicos: La necesidad de conseguir que las bandas sean capaces de soportar mayores tensiones, ha llevado a desarrollar la fabricación de bandas de acero inoxidable y hierro galvanizado. Se trata de un conjunto formado básicamente por un entramado metálico articulado, que actúa como elemento transportador continuo de materiales muy diversos, en altas, medias o bajas temperaturas, en presencia de cualquier tipo de atmósfera o ambiente de trabajo. Algunas ventajas de son: Mayor capacidad de carga, Mayor vida útil de la banda.

1.8.2. Tipos de bandas sintéticas Las bandas lisas, son para instalaciones horizontales y con un pequeño ángulo de inclinación.

Figura 3.0 Las bandas lisas

Las bandas rugosas, sirven para incrementar el coeficiente de adherencia de los materiales transportados, Para evitar el desplazamiento de las piezas transportadas pudiendo funcionar tanto en plano horizontal como inclinado. Este tipo de superficie se suele utilizar en el transporte típico de aeropuertos, sacos de correo, fardos, etc. Existen multitud de tipos de grabados de rugosidad.

18

Figura 3.1 Las bandas rugosas Las bandas nervadas, con pestañas onduladas y salientes, y con nervios en “V” son usadas para instalaciones con elevado ángulo de inclinación, las cuales evitan el retroceso o caída del producto transportado, incrementándose la capacidad de carga de la banda.

Figura 3.2 Las bandas nervadas

1.8.4. Tambores Son dispositivos cilíndricos, en los transportadores de banda se distinguen tambores motrices o accionadoras y no motrices o de reenvío.

Motrices Que transmiten la fuerza tangencial a la banda. La cinta es arrastrada por el tambor extremo accionado a su vez por un motor. La transmisión del movimiento se consigue por adherencia entre la banda y el tambor. Estos tambores paseen un eje motriz y un chavetero donde se acopla el motor.

19

Figura 3.3 Tambor motriz

No motrices Los cuales realizan la función de cambio de trayectoria de la banda. Mediante un desplazamiento de estos tambores que van montados en el extremo opuesto a aquel donde se instala el tambor de accionamiento, se consigue el retorno de la banda, una vez que ha realizado el recorrido de trabajo.

Figura 3.4 Tambor de reenvio

1.8.5. Estaciones tensoras Las estaciones tensoras son tambores secundarios estos elementos de tensión cumplen la función de creación de una tensión en la banda, para poder mantener la tensión adecuada en el ramal de retorno durante el arranque evitando que limite su combado entre apoyos y compense su estirado como consecuencia de su funcionamiento.

20 Lograr el adecuado contacto entre banda y tambor motriz, para que se efectúe la transmisión de fuerza desde el tambor a la banda, impidiendo el patinaje. Evitar derrames de material en las proximidades de los puntos de carga, motivados por falta de tensión en la banda.

Figura 3.5 Estaciones tensoras

En transportadores cuya longitud entre ejes será inferior o igual a 60 m., el tambor de retorno hará a su vez la función de tambor tensor. La longitud de la carrera de tensión será como mínimo de 300 mm de la distancia entre ejes para transportadores de más de 10 m.

1.8.6. Estaciones accionadoras El trabajo de la estación de impulso consiste en poner en movimiento la banda transportadora y, como consecuencia, la propia carga. Está compuesta por: -

Un motor Habitualmente de corriente alterna trifásica 3x400 V – 60 Hz, rotor de jaula

-

Una caja de cambios o Acoplamiento de alta y baja velocidad, que ajustan la velocidad angular del motor

-

Dispositivo anti-retorno

-

Freno

Figura 3.6 Grupo motriz

21

-

Los motores empleados en cintas transportadoras, generalmente son; o De corriente alterna o De jaula de ardilla, que es el más empleado o De rotor bobinado

-

En corriente alterna, las tensiones normales nominales a las que pueden conectares son. o 220 V / 380 V, 380 V / 660 V. o 230 V / 400 V, 400 V / 690 V.

1.8.7. Reductores de velocidad Reductores Suspendidos: Son de montaje flotante. Esta disposición presenta la ventaja de precisar un espacio reducido, suprimiendo la alineación entre el tambor y reductor, el inconveniente es el de tener que desmontar el conjunto cuando se tiene que sustituir el tambor. Reductores Clásicos: Estos reductores son utilizados en las instalaciones grandes. Los frenos más utilizados son los de disco, en algunos casos, generalmente en cintas descendentes, se montan en el eje del tambor. En las cintas con cierta pendiente, además del freno se dispone de un sistema de anti retorno. Su función consiste en retener la carga en las cintas inclinadas ascendentes. Estos sistemas anti retorno actúa como un elemento de seguridad. En las grandes cintas horizontales el frenado en cabeza puede ser insuficiente, por lo que una solución adoptada consiste en colocar un freno de disco sobre el tambor de retorno.

1.8.8. Rodillos Los rodillos principales que encontramos en unas fajas transportadoras son los siguientes:

- Rodillos de Impacto, recubiertos de discos de goma para absorber los golpes provocados por la caída de bloques en las tolvas de recepción.

- Rodillos de Alineación, sirven para alinear la banda dentro de la propia instalación. - Rodillos de Retorno, que ayudan a eliminar los depósitos que se forman principalmente en el centro de la cinta. Los anillos acabado en punta, montados distanciados, en la parte central del rodillo, tienen por objeto quitar las incrustaciones que se encuentran sobre todo en el centro de la banda.

22

- Rodillo cilíndrico, con la superficie exterior lisa, tal como la obtenida mediante el empleo de tubos de acero; es el más empleado.

Figura 3.7 Rodillo de impacto

Figura 3.9 Rodillo de retorno

Figura 3.8 Rodillo de alineación

Figura 4.0 Rodillo cilíndrico

Las funciones a cumplir son; soportar la banda y el material a transportar por la misma en el ramal superior, y soportar la banda en el ramal inferior; los rodillos del ramal superior situados en la zona de carga, deben soportar además el impacto producido por la caída del material. Contribuir al centrado de la banda, por razones diversas la banda está sometida a diferentes fuerzas que tienden a decentarla de su posición recta ideal. El centrado de la misma se logra en parte mediante la adecuada disposición de los rodillos, tanto portantes como de retorno. Ayudar a la limpieza de la banda ,aunque la banda es limpiada por los rascadores, cuando el material es pegajoso pueden quedar adheridos restos del mismo, que al entrar en contacto con los rodillos inferiores pueden originar desvíos de la misma; para facilitar el desprendimiento de este material se emplean rodillos con discos de goma

23 1.8.9. Bastidores Los bastidores son estructuras metálicas que constituyen el soporte de la banda transportadora y demás elementos de la instalación entre el punto de alimentación y el de descarga del material. La estructura de soporte por lo general suele ser de las piezas sólidas de acero perfilado, o de tuberías o en las transportadoras por banda de una construcción ligera de los cables de acero con una estructura de soporte adecuada. La estructura de soporte puede estar ubicada suelta en el piso de la obra de mina o colgada a cuadros metálicos.

Figura 4.1 Bastidores tubulares

1.8.10. Tolvas Dispositivo similar a un embudo de gran talla destinado al depósito y canalización de materiales que se desplazan en la banda trasportado.

Figura 4.2 Tolva de descarga

24 1.8.11. Elementos de seguridad Capotajes Si se desea cerrar las cintas en el ramal superior, para evitar salidas del material por el aire u otras causas, podemos utilizar Capotajes de chapa ondulada y galvanizada, abisagrado. En líneas generales se realizaran protecciones en todos los lugares de transmisiones y de riesgo de atrapamiento. En los laterales de los transportadores donde se tengan acceso y halla riesgo de atrapamiento, se han considerado protecciones de malla de con marcos de angulares y atornillados. Así mismo en el tambor de reenvío y en el sistema de contrapeso, habrá un cajón de protección con malla. Los rodillos inferiores llevaran un sistema anticaída. A ambos lados del transportador habrá interruptores de parada de emergencia. En las cintas superiores a 30 m. habrá interruptores de desvió. Todos los transportadores llevaran controladores de rotación.

Figura 4.3 Capotajes de chapa ondulada y galvanizada

1.8.12. Equipos de limpieza El rascador primario, situado en el tambor de cabeza de vertido, será del tipo de cuchillas. En el caso de transportadores reversibles será de tipo balancín. Los rascadores de pletina o prerascador situados a proximidad de la envolvente de los tambores de vertido. El rascador de protección en forma de V, situado en el ramal inferior de la banda cerca del tambor de cola, graduable en altura. En el caso de transportadores reversibles se instalaran rascadores de protección en diagonal.

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Figura 4.4 Rascador primario

1.8.13. Esquema de una banda transportadora

Figura 4.5 Estructura de una cinta transportadora

Tabla 1 Componentes generales de un sistema de banda transportadora 1- Estructura 2- Cinta transportadora 3- Grupo motriz 4- Rolo motriz 5- Rolo de cola 6- Rolo de desvío 7- Contrapeso 8- Rolo de abrace 9- Rodillo de carga 10- Rodillo de impacto

11- Rodillo de retorno 12- Rodillo de carga autoalimente 13- Rodillo de retorno autoalimente 14- Transición 15- Tolva de carga 16- Cargador 17- Tolva de descarga 18- Rascador 19- Rascador de retorno

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CAPITULO N° 2 CONTROL DE BANDAS TRANSPORTADORAS

2.1. Control de procesos 2.1.1.

Objetivo

El objeto de todo proceso industrial será la obtención de un producto final, de unas características determinadas de forma que cumpla con las especificaciones y niveles de calidad exigidos por el mercado. Esta constancia en las propiedades del producto sólo será posible gracias a un control exhaustivo de las condiciones de operación. La misión del sistema de control será controlar variables físicas tales como la presión, temperatura, velocidad, caudal, distancia, etc. de tal forma de que sigan a los valores deseados en el proceso y corregir las desviaciones surgidas en las variables de proceso que se consideran óptimos para conseguir las propiedades requeridas en el producto producido.

2.1.2. Variables de control Las entradas y salidas de un proceso son denominadas variables, debido a que están inter relacionadas con el mismo en una forma estática y/o dinámica. Los diferentes tipos de variables que intervienen en un proceso, son: variables manipuladas, variables controladas, variables no controladas y perturbaciones. Variables manipuladas: Variables que nosotros podemos cambiar o mover para garantizar que la variable controlada presente el valor deseado. La variable manipulada es la cantidad o condición que es variada por el controlador de tal manera que afecte el valor de la variable controlada. Variables controladas: Variables que queremos controlar, bien sea tratando de mantenerlas constantes (Control Regulatorio) o tratando de seguir alguna trayectoria deseada (Servo control), ejemplos de estas pueden ser, flujos, composiciones, temperaturas, presión, nivel, etc. Normalmente, la variable controlada es la salida de un sistema.

27 Variables no controladas: Son aquellas variables sobre las cuales no se ejerce control, en algunos casos estas variables no afectan o no ejercen ningún efecto sobre el proceso. Perturbaciones: Una perturbación es una señal desconocida y de carácter aleatorio, que tiende a modificar, en forma indeseada, el valor de salida de un sistema. Si la perturbación se genera dentro del sistema se denomina interna, en tanto que una externa se produce fuera del sistema. Son por lo general flujos, temperaturas, composiciones. No todo el tiempo pueden ser medidas, pero el sistema de control debe ser capaz de regular el proceso en presencia de ellas (premisa que en algunas ocasiones no se logra), tales como temperaturas, presión, concentración, etc.

2.1.3. Componentes En este sistema se pueden reconocer cinco bloques principales Planta: Es el sistema físico que se desea controlar. La variable a controlar es y, que puede ser una o varias, mientras que la acción de control ejercida con tal fin es u. Ejemplos de plantas son: un motor, un sistema de calefacción, etc. Controlador: Es un sistema electrónico que genera la variable eléctrica u adecuada para obtener el valor necesario de la acción de control a partir de la comparación entre la señal de referencia r (Set–Point), y la señal medida. Actuador: Es el elemento usado para controlar la planta, convierte la señal eléctrica u en una señal física u′ que actúa directamente sobre la planta. Sensor/transductor: Es el elemento que mide las variables físicas y genera una señal eléctrica proporcional de forma de poder compararla con el (Set–Point). Es el bloque inverso al actuador, transforma una variable física medida en la planta en una señal eléctrica. Un ejemplo es el tacómetro que se puede utilizar como transductor en motores, mide la velocidad y la traduce a valores de tensión Comparador: Es el bloque que realiza la comparación entre la referencia r y la señal medida. El resultado de dicha comparación se llama error e, sobre el cual se determina la acción de control. A continuación se presenta un ejemplo de control de proceso de pasteurización.

28

Figura 4.6 Proceso de pasteurización

2.2.

Desarrollo del control de procesos

El control de procesos ha evolucionado históricamente hacia la consecución de un grado de automatización de lo más elevado posible. Siendo implementado en cada época de acuerdo a las tecnologías existentes. Hagamos un repaso a esta evolución histórica. Control Manual: Al principio, los procesos industriales fueron controlados manualmente por un operador. El operador observaba lo que sucedía una bajada de temperatura, por ejemplo y hacía ajustes basados en las instrucciones de operación y en el propio conocimiento que el operador tenía del proceso. Este “lazo de control” (proceso – sensor – operador –válvula proceso) ilustra un concepto básico en el control de procesos.

Figura 4.7 Proceso industrial de control manual

29 Con el control manual, por tanto, sólo la adecuaba a la reacción de un operador experimentado mediaba entre una evolución normal del proceso y otra errática. Además, un operador sólo podrá observar y ajustar unas pocas variables del proceso, limitando la complejidad de las estrategias de control que puedan ser usadas bajo control manual. A todo lo anterior, habría que añadir el hecho de que la recolección de datos para un proceso controlado manualmente puede requerir una ardua labor, ya que el operador está, normalmente, demasiado ocupado para escribir “tiras de números”. Por todo ello, los datos recogidos manualmente pueden ser inexactos, incompletos y difíciles de usar. Controladores Locales: Un controlador local permite a un operador llevar el control de varios “lazos” del proceso. Como un regulador de la presión del gas doméstico, un controlador local usa la energía del proceso o el aire comprimido de la planta para ajustar la posición de una válvula de controlo cualquier otro elemento final de control. Los controladores locales eran muy utilizados como dispositivos de control robustos, aunque simples Con los controladores locales haciendo el control rutinario, un solo operador puede manejar, como se dijo antes, varios lazos de control puesto que su función sería más supervisora, ya que siempre tendrá una visión más amplia y menos exclusiva que el control manual. Por otro lado, como los controladores locales atacaban directamente al proceso, debían estar repartidos a través de la planta. Esta distribución de los controladores ocasionaba pérdidas de tiempo en ajustes, que se hacían de forma aleatoria y con más frecuencia de la deseada. Además, los controladores locales no hacían nada para eliminar la necesidad de la captación de datos manualmente y las limitaciones que esto suponía. Por todo lo anterior, podemos concluir diciendo que los controladores locales permitían el control de un mayor número de variables del proceso, pero no solucionaban los problemas que planteaba el hecho de la presencia física del operario en los lugares y momentos necesarios para hacer muchas de las operaciones. Control Neumático Centralizado: El desarrollo de los dispositivos de control operados neumáticamente, permitieron un notable avance en el control de procesos. Con ésta tecnología, las variables del proceso podían ser convertidas a señales neumáticas y transmitidas hacia controladores remotos. Se entraba en la confección de los denominados “circuitos neumáticos”.

30 Usando combinaciones de orificios, palancas, amortiguadores y otros dispositivos mecánicos complejos, un controlador neumático puede hacer cálculos elementales basados en el punto de consigna y el valor de la variable a controlar, ajustando el elemento final de control consecuentemente. Con controladores neumáticos analógicos, un solo operador puede controlar un grupo de variables desde una habitación de control remota. Los puntos de consigna son fácilmente cambiados y un técnico en instrumentación puede ajustar cada controlador para que aplique adecuadamente el algoritmo de control. Pero la integración de varios lazos de control realimentados en un simple e interactivo sistema de control es difícil. La Interface operador - proceso mejora en el control neumático respecto del método de controladores locales. Así, se introducen pantallas que ofrecen información relevante sobre el proceso. Al tener que observar el operador varias pantallas, el número y complejidad de lazos de control que uno solo puede controlar queda limitado. Además, éste modelo de control ofrece demasiadas dificultades para permitir una respuesta rápida ante un desajuste del proceso o para llevar a cabo frecuentes cambios en la estrategia operativa. Cambios en el control o en el proceso, reajuste manual de los controladores y actualización de los conocimientos del operador. Los errores de juicio y la mala interpretación de las instrucciones son frecuentes. Con variables de proceso convertidas a señales neumáticas, se pueden usar bandas perforadas para automatizar la recolección de datos. Sin embargo, la recolección de datos engrandes sistemas que proporcionaban información sobre muchas variables se ha de seguir. Controladores Electrónicos: En los años 60, los dispositivos electrónicos ya estaban capacitados para ir reemplazando a los controladores neumáticos. Los controladores electrónicos analógicos de lazo simple eran precisos, rápidos y fáciles de integrar en pequeños lazos interactivos. De este modo, la interface para su manejo y control ofrece mejoras respecto de los controles neumáticos, además de permitir la captación electrónica de datos y un procesado de éstos con un índice de errores considerablemente mejorado respecto de aquellos.

31 Control Centralizado por Ordenador: Poco después de la introducción de los sistemas de control electrónicos analógicos y como consecuencia de la gran expansión que la electrónica estaba teniendo, fueron apareciendo ordenadores digitales capaces de llevar a cabo el control de procesos, añadiendo a éstos toda la flexibilidad que da una máquina programable. Un sistema basado en este modo de control, estaba estructurado en torno a un ordenador central que recibe todas las entradas del proceso (variables), ejecuta los cálculos apropiados y produce salidas que se dirigen hacia los actuadores o dispositivos finales de control. Así, nació el llamado Control Digital Directo o DDC. El ordenador puede controlar un elevado número de lazos y variables temporales, además de ejecutar estrategias de control. Un teclado y un monitor acoplados directamente al ordenador proporcionan una interface del usuario con el proceso.

Ordenador central Entradas Sensores Medidores

Comunicaciones Cálculos

Control Figura 4.8 Control centralizado por ordenador

Salidas Válvulas Motores

2.3. Tipos de control de procesos Existen dos formas básicas de realizar el control de un proceso industrial. -

Control de laso abierto: cuando las señales de mando son independientes de los órganos receptores.

-

Control de lazo cerrado: Cuando las señales de mando dependen de la posición de los órganos móviles

2.3.1.

Control de lazo abierto

El control en laso abierto se caracteriza porque la información o variables que controlan el proceso circulan en una solo dirección, desde el sistema de control al proceso. El sistema de

32 control no recibe la confirmación de que las acciones que a través de los actuadores ha de realizarse sobre el proceso se han ejecutado correctamente.

2.3.2. Control de lazo cerrado El control de lazo cerrado se caracteriza porque existe una realimentación a través de los sensores desde el proceso hacia el sistema de control, que permite a este último conocer si las acciones ordenadas a los actuadores se han realizado correctamente sobre el proceso. La mayoría de los procesos existentes en la industria utilizan el control de lazo cerrado, bien porqué el producto que se pretende obtener o la variable que se controla necesita un control continuo en función de unos determinados parámetros de entrada, o bien porque el proceso a controlar se subdivide en una serie de acciones elementales de tal forma que, para realizar una determinada acción sobre el proceso, es necesario que previamente se hayan realizado otra serie de acciones elementales.

2.4. Tipos de procesos industriales Los procesos industriales, en función de su evolución con el tiempo, pueden clasificarse en algún de los grupos siguientes: -

Continuos Discontinuos Discretos

Tradicionalmente, el concepto de automatización industrial se ha ligado a la aplicación de los sistemas de control empleados en los procesos discontinuos y en los procesos discretos, dejando a los procesos continuos a disciplinas como regulación o servomecanismos.

2.4.1. Procesos Continuos Un proceso continuo caracteriza porque las materia primas están constantemente entrando por un extremo del sistema, mientras que en el otro extremo se obtiene de forma continua un producto terminado. Un ejemplo típico de proceso continuo puede ser un sistema de calefacción para mantener una temperatura constante en una determinada instalación industrial. La entrada es la temperatura que realmente existe en la instalación; la salida será la temperatura que se quiere

33 alcanzar. El sistema de control consta de un comparador que proporciona una señal error igual a la diferencia entre la temperatura de deseada y la temperatura que realmente existe: la señal de error se aplica al regulador que aplicara que adaptara y amplificara la señal que ha de controlar la electroválvula que permite el paso de combustibles hacia el quemador de la caldera. A la vista de la instalación se comprueba dos características propias de los sistemas continuos: -

El proceso se realiza durante un tiempo relativamente grande

-

Las variables empleadas en el proceso y sistema de control son de tipo analógicos; dentro de unos límites determinados las variables pueden tomar infinitos valores.

2.4.2. Procesos discretos El producto de salida se obtiene a través de una serie de operaciones, muchas de ellas con gran similitud entre sí. La entrada es habitualmente un elemento discreto que se trabajó en forma individual. Un ejemplo de proceso discreto es la fabricación de una pieza metálica rectangular con dos taladros. El proceso para obtener la pieza determinada puede descomponerse en una serie de estados que han de realizarse secuencialmente, de forma que para realizar un estado determinado es necesario que se hayan realizado correctamente los anteriores. Para el ejemplo propuesto estos estados son: -

Corte de pieza del material rectangular con una dimensiones determinadas

-

Trasporte de la pieza rectangular a la base del taladro

-

Realizar el taladro A

-

Realizar el taladro B

-

Evacuar pieza

Cada uno de estos estados supone a su vez una serie de activaciones y desactivaciones de los actuadores (actuadores y cilindros neumáticos) que se producirán en función de: -

Los sensores

-

Variables que indica que se ha realizado el estado anterior

34 2.4.3. Procesos discontinuos Se reciben a la entrada del proceso las cantidades de las diferentes piezas discretas que se necesitan para realizar el proceso. Sobre este conjunto se realizan las operaciones necesarias para producir un producto acabado o un producto intermedio listo para un procesamiento posterior. Un ejemplo de este tipo de proceso lo encontramos en las cadenas de fabricación de automóviles.

2.5.

Tecnologías para el control de procesos

2.5.1. Tecnología neumática La automatización de manera sencilla en cuanto a mecanismo, y además a bajo coste, se ha logrado utilizando técnicas relacionadas con la neumática, la cual se basa en la utilización del aire comprimido, y es empleada en la mayor parte de las máquinas modernas. La automatización industrial, a través de componentes neumáticos y electroneumáticos, presenta soluciones sencillas. El aire comprimido es la mayor fuente de potencia en la industria con múltiples ventajas, dado que es segura, económica, fácil de transmitir, y adaptable. Su aplicación es muy amplia para un gran número de industrias. Algunas aplicaciones son prácticamente imposibles con otro medio energético. Los elementos de un sistema neumático son importantes para aplicar la fuerza obtenida por el aire a presión en el mismo, se pueden dividir en las siguientes categorías: Elementos generadores de energía: Para que el aire introduzca la energía necesaria al sistema, un compresor eleva la presión de la masa de aire que se va a usar hasta conseguir un valor conveniente (aprox. 6 bar). El elemento cuya función es la de elevar la presión del aire se denomina compresor. Elementos de acondicionamiento del aire: (sistema neumático e hidráulico) Dentro del compresor, el aire acumula impurezas que no debe contener para poder lograr un mejor aprovechamiento de las características del sistema. Los elementos que se encargan de realizar esto son: -

Filtro

35 -

Regulador de presión Lubricador

Elementos de mando y control: Se encargan de conducir de forma adecuada la energía comunicada al fluido hacia los elementos actuadores. En este grupo se encuentran los siguientes: Redes de distribución que se componen por diversas tuberías de diámetro adecuado que conducen el aire comprimido hasta los puntos de consumo con las menores perdidas posibles. Válvulas, que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión y el caudal del fluido enviado por una bomba o almacenado en un depósito. Elementos actuadores: Transforman la energía de presión del aire comprimido en energía mecánica que después se aplicará para conseguir el efecto deseado. Cilindros que proporcionan un movimiento lineal. Alojan en su interior un émbolo que es empujado por el fluido haciendo que se desplace el vástago. Motores se usan para conseguir un movimiento rotatorio. Su construcción es similar a la de los compresores, aunque su objeto es el opuesto.

2.5.2. Tecnología electroneumática La electroneumática es una de las técnicas de automatización que en la actualidad viene cobrando vital importancia en la optimización de los procesos a nivel industrial. Su evolución fue a partir de la neumática, disciplina bastante antigua que revolucionó la aplicación de los servomecanismos para el accionamiento de sistemas de producción industrial. Con el avance de las técnicas de electricidad y la electrónica se produjo la fusión de métodos y dando así el inicio de los sistemas electroneumáticos en la industria, los cuales resultaban más compactos y óptimos a diferencia de los sistemas puramente neumáticos. En electroneumática, la energía eléctrica substituye a la energía neumática como el elemento natural para la generación y transmisión de las señales de control que se ubican en los sistemas de mando.

36 Los elementos nuevos y/o diferentes que entran en juego están constituidos básicamente para la manipulación y acondicionamiento de las señales de voltaje y corriente que deberán de ser transmitidas a dispositivos de conversión de energía eléctrica a energía neumática para lograr la activación de los actuadores neumáticos.

Componentes electroneumáticos Elementos de retención: Son empleados, generalmente, para generar la señal de inicio del sistema, o en su defecto, para realizar paros, ya sea de emergencia o sólo momentáneos. El dispositivo más común es el botón pulsador y Contactos eléctricos. Interruptores mecánicos de final de carrera: Estos interruptores son empleados, generalmente, para detectar la presencia o ausencia de algún elemento, por medio del contacto mecánico entre el interruptor y el elemento a ser detectado. Relevadores: Son dispositivos eléctricos que ofrecen la posibilidad de manejar señales de control del tipo on/off. Constan de una bobina y de una serie de contactos que se encuentran normalmente abiertos o cerrados. El principio del funcionamiento es el de hacer pasar corriente por una bobina generando un campo magnético que atrae a un inducido, y éste a su vez, hace conmutar los contactos de salida. Válvulas: El dispositivo medular en un circuito electroneumático, es la válvula electroneumática. Esta válvula realiza la conversión de energía eléctrica, proveniente de los relevadores a energía neumática, transmitida a los actuadores o a alguna otra válvula neumática. Esencialmente, consisten de una válvula neumática a la cual se le adhiere una bobina sobre la cual se hace pasar una corriente para generar un campo magnético que, finalmente, generará la conmutación en la corredera interna de la válvula, generando así el cambio de estado de trabajo de la misma, modificando las líneas de servicio. Cilindros: La energía del aire comprimido se transforma por medio de cilindros en un movimiento lineal de vaivén, la cual acciona algún elemento que queremos mover. Generadores de energía: Para producir el aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presión del aire al valor de trabajo deseado. La presión de servicio es la suministrada por el compresor o acumulador y es la que existe en las tuberías que recorren el circuito.

37 Sensores: Se usan los sensores para obtener información sobre el estado de un sistema y pasar esta información al control.

2.5.3. Tecnología hidráulica Es la tecnología que emplea un líquido, bien agua o aceite normalmente aceites especiales, como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. La hidráulica es una de las ramas de la Ingeniería, que como muchas otras han venido desarrollando grandemente en las últimas décadas y se ha venido convirtiendo en una herramienta cada vez más importante para los diseñadores de máquinas o profesionales del ramo. Las aplicaciones hidráulicas constituyen una de las técnicas más importantes a nivel industrial, ya que permiten el accionamiento de un elevado número de mecanismos con unas prestaciones que muy pocas tecnologías llegan a cubrir. De este modo, accionamientos con fuerzas elevadas, al mismo tiempo que ejecutados con rapidez y precisión son realizados por la hidráulica sin mayor tipo de problemas.

2.5.4. Tecnologías de la instrumentación Es una rama de la ciencia que se encarga de la medición, control, supervisión, de todas las variables físicas y químicas que se presentan en los procesos industriales. La medición de los distintos parámetros que intervienen en un proceso de fabricación o transformación industrial es básica para obtener un control directo sobre los productos y poder mejorar su calidad y productividad. Así pues, el conocimiento del funcionamiento de los instrumentos de medición y de control, y su papel dentro del proceso que intervienen, es básico para quienes desarrollan su actividad profesional dentro de este campo. Los instrumentos de medición y control son relativamente complejos y su función puede entenderse si se clasifican de manera adecuada. Dos clasificaciones bastante extendidas pueden ser, por función del instrumento y otra por variable de proceso a medir. Clasificaciones de los Instrumentos por variable de proceso a medir: -

Medidas de Presión

-

Medidas de caudal

-

Medidas de temperatura

-

Medidas de nivel

38 -

Medidas de análisis

-

Elementos finales de control

2.5.5. Controlar lógico programable PLC Un controlador lógico programable, más conocido por sus siglas en inglés PLC (Programmable Logic Controller), El controlador lógico programable es un equipo electrónico programable diseñado para controlar, en tiempo real y en un ambiente industrial, procesos de ámbito eminentemente secuencial. Los PLC se introdujeron por primera vez en la industria en 1960 aproximadamente. Nació como solución al control de circuitos complejos de automatización. Se desarrollaron para reemplazar dispositivos electromecánicos vinculados como: Relays, Timers, Counters, etc. Los Controladores Lógicos Programables son máquinas secuénciales que ejecutan correlativamente las instrucciones indicadas en el programa de usuario almacenado en su memoria, generando unas órdenes o señales de mando a partir de las señales de entrada leídas de la planta (aplicación): al detectarse cambios en las señales, el autómata reacciona según el programa hasta obtener las órdenes de salida necesarias. Esta secuencia se ejecuta continuamente para conseguir el control actualizado del proceso.

Figura 4.9 Controlador lógico programable La estructura básica de un PLC está compuesta por: -

La CPU Las interfaces de entradas Las interfaces de salidas

39

Figura 5.0 Estructura interna de un PLC Tipos Debido a la gran variedad de tipos distintos de PLC, tanto en sus funciones, en su capacidad, en el número de I/O, en su tamaño de memoria, en su aspecto físico y otros, es que es posible clasificar los distintos tipos en varias categorías: -

Compactos son aquellos que incorporan CPU, módulos de entrada y salida en un único paquete. Y no se pueden añadir más.

-

Modular son más potente y tiene más funciones que los PLC compactos. La CPU, SM, CP y otros módulos se encuentran generalmente en paquetes separados.

-

PLC con panel Operador (OPLC) posee una interfaz HIM para su funcionamiento y una monitorización de los procesos automáticos y las máquinas. La HMI consiste principalmente en un monitor y un teclado o una pantalla táctil.

Ventajas -

Menor tiempo de elaboración de proyectos. debido a que no es necesario dibujar el esquema de contactos

-

Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros componentes. Mínimo espacio de ocupación.

-

Menor costo de mano de obra de la instalación mantenimiento económico. Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo PLC

-

Menor tiempo de puesta en funcionamiento. Si por alguna razón la máquina queda fuera de servicio, el autómata sigue siendo útil para otra máquina o sistema de producción.

-

Gran robustez para ambientes agresivos

40 2.5.4. Circuitos integrados programables PIC Un microcontrolador es un circuito integrado, en cuyo interior posee toda la arquitectura de un computador, esto es CPU, memorias RAM, EEPROM, y circuitos de entrada y salida. El Microcontrolador es un circuito integrado (chip) que contiene memoria (para almacenar programas), un procesador (para procesar y llevar a cabo los programas) y pines de entrada/ salida (para conectar interruptores, sensores, y dispositivos de salida como los motores). Una vez programado, el microcontrolador se inserta dentro de un producto para hacerlo más inteligente y fácil de usar.

Figura 5.1 Microcontrolador genérico

Gamas Las Gamas de PIC se dispone de gran diversidad de modelos y encapsulados, pudiendo seleccionar el que mejor se acople a las necesidades de acuerdo con el tipo y capacidad de las memorias, el número de líneas de entrada y salida (E/S) y las funciones auxiliares precisas. Sin embargo, todas las versiones están construidas alrededor de una arquitectura común. -

Gama Baja: Repertorio de 33 instrucciones de 12 bits y dos niveles de pila.

-

Gama Media: Repertorio de 35 instrucciones de 14 bits, 8 niveles de pila y un vector de interrupción.

-

Gama Alta: Repertorio de 58 instrucciones de 16 bits, 16 niveles de pila y cuatro vectores de interrupción.

Lenguajes de programación Es muy común que las personas que se inician en la programación de microcontroladores PIC encuentren como primer obstáculo el lenguaje con el que se programarán dichos dispositivos. Los lenguajes en los que se pueden programar rutinas para PIC existen tres posibilidades el lenguaje BASIC, Lenguaje C, Lenguaje Ensamblador.

41

Lenguaje BASIC -

Es un lenguaje muy simple y con instrucciones fácilmente legibles, incluso por no expertos.

-

Falta de control del programa en cuanto a tiempos de ejecución y control de registros bit a bit.

-

Complejidad en el manejo de interrupciones simultáneas en este lenguaje.

-

Limitaciones cuando genera el archivo hex, es decir no optimiza el tamaño de memoria de programa del PIC

-

La mayoría de compiladores para este lenguaje pueden utilizarse únicamente bajo ambiente Windows.

Lenguaje C -

Es un lenguaje de alto nivel más cercano a la máquina.

-

Puedes construir rutinas matemáticas fácilmente.

-

Puede ser de ayuda al combinarlo con Ensamblador sobre todo en la gama alta.

-

Se pueden crear macros con este lenguaje, para después simplificar el código en diferentes desarrollos.

-

Es aceptado por la empresa fabricante Microchip, incluso ellos tienen algunos compiladores C.

-

Los programas al compilarlos pueden resultar un poco extensos y pesados por ello debe tenerse en cuenta la capacidad de memoria de programa del PIC a utilizar

Lenguaje Ensamblador -

Es el lenguaje de bajo nivel natural de la línea PIC tanto para gama baja, media o alta.

-

Con él se tiene un aprovechamiento eficiente de los recursos del PIC.

-

Se pueden crear macros con este lenguaje, para después simplificar el código en diferentes desarrollos.

-

Con él se pueden controlar los tiempos y los registros bit a bit.

-

Excelente para manejar interrupciones simultáneas.

-

Cuando se genera el archivo .hex éste es completamente optimizado.

42 Para poder entender la diferencia entre los dos lenguajes de programación, se debe tener en claro qué es un lenguaje de alto nivel y qué es un lenguaje de bajo nivel, a través del siguiente cuadro podemos ver los niveles de programación.

Figura 5.2 Cuadro de lenguajes de programación

El lenguaje que más se acerca a los humanos es el de más alto nivel, el lenguaje más próximo al tipo de datos que entiende el microcontrolador es un lenguaje de bajo nivel. Importancia para la automatización -

Los microcontroladores pueden medir señales analógicas, por ejemplo temperatura, voltaje, luminosidad, etc.

-

Si se requiere medir períodos de tiempo entre eventos, generar temporizaciones o salidas con frecuencia específica, etc.

Ventajas y desventajas -

Posibilidad de realizar modificaciones en el comportamiento de un proyecto simplemente actualizando el software que ejecuta el microcontrolador.

-

Cada vez más los microprocesadores están reduciendo su tamaño facilitando sus aplicaciones en espacios reducidos.

43 -

Reducción de la utilización de componentes electrónicos como resistencia, transistores y circuitos integrados con compuertas lógicas, reduciendo fallas en sus ajustes.

-

Velocidad alta de operación entre entradas y salidas

-

Trabaja con corrientes bajas.

-

Cualquier estudiante puede emplear microcontroladores en sus proyectos, ya que existe abundante documentación disponible para que su uso sea posible sin complicaciones.

-

No se debe exponer en ambientes agrestes y húmedos.

-

Necesita una interfaz para conectar a los equipos de potencia.

44

CAPITULO N°3 PLANIFICACIÓN DE LA SESIÓN DE APRENDIZAJES

3.1. Terminología pedagógica Métodos de enseñanza: Es el conjunto de momentos y técnicas lógicamente coordinados para dirigir el aprendizaje del estudiante hacia determinados objetivos. El método es quién da sentido de unidad a todos los pasos de la enseñanza y aprendizaje. Métodos de aprendizaje: Es el camino que sigue el estudiante para desarrollar habilidades más o menos generales, aprendiendo contenidos. Un método es una forma de hacer. Cada estudiante, con sus diferencias individuales, tiene un estilo peculiar de aprender, es decir, una manera concreta de recorrer el camino del aprendizaje. Técnicas de evaluación: Integran las formas o maneras sistematizadas que emplea el docente para recoger los avances logrados por el estudiante. Técnicas de enseñanza: Se refiere a la manera de utilizar los recursos didácticos para efectivizar el aprendizaje en el estudiante. Estrategias pedagógicas: La estrategia pedagógica es, el conjunto de procedimientos, apoyados en técnicas de enseñanza, que tienen por objeto llevar a buen término la acción didáctica, es decir, alcanzar los objetivos de aprendizajes planteados. Instrumento de evaluación: Componen las herramientas y medios donde se plasman el qué conozco, qué sé hacer y cuál es mi actitud durante el proceso formativo. Todo instrumento evaluativo del aprendizaje está en relación directa con las técnicas. Constituyendo en un valioso medio didáctico para controlar el aprendizaje que realizan los alumnos.

45 3.2.

I.

SESIÓN DE APRENDIZAJE

DATOS INFORMATIVOS Área Carrera profesional: Curso: Lugar: Docente: Horas pedagógicas:

II.

Educación Para el Trabajo Automatización Industrial Control de procesos Taller de Automatización Mitchell Maycol Olivares Huamani 01

TEMA CONTROL DE UNA BANDA TRANSPORTADORA ABASTECEDORA DE INSUMOS

III.

APRENDIZAJE ESPERADO Contenidos

Procedimentales

Ejecución de la programación de un sistema de banda abastecedora de insumos

Conceptuales - Definición de los sistemas de bandas transportadora - Tipos de sistemas de bandas transportadora - Estructura de las bandas transportadora - Programación básica de microcontrolador

Actitudinales

Valora las normas del taller

46 IV.

SECUENCIA DIDÁCTICA Secuencia Metodológica

Momentos

Estrategias

- El docente proyecta un video donde se muestra el funcionamiento de las bandas transportadora en Exploración las industrias. Luego se les de saberes preguntará; ¿Qué es lo que previos vimos?, ¿De qué trata el video? - El docente hace una síntesis sobre el video e induce al tema: “sistemas de bandas transportadora" El docente expone de forma teórica y explicativa Proporción el tema: “Control de una de la banda transportadora información abastecedora de insumos” - El docente entrega la hoja de información del tema - El docente distribuye a los alumnos en forma grupal - El docente distribuye la hoja de trabajo a cada alumno. - El docente realiza un Practica demostración de la práctica dirigida a realizar - Los alumnos realizan el laboratorio siguiendo las pautas de la hoja de práctica. - El docente monitorea constantemente a cada alumno. - El coordinador de cada grupo presenta sus conclusiones

Métodos/técnicas

Recursos

Duración

- Aprendizaje por descubrimiento - Discusión guiada

Proyector Pc Video

5 min

Exposición

Inductivo

Diapositivas Hoja Plumón Mota

Hoja de practica Plumón

20 min

20 min

47

Resolución de problemas

El docente absuelve las dudas y preguntas del estudiante hechas en clase.

Evaluación

El docente aplica autoevaluación

V.

Sintético

la

Descriptiva

5 min

Ficha Fast. Test

10 mi n

EVALUACIÓN DE APRENDIZAJES

Criterio de evaluación: Comprensión de la información del tema sistemas de bandas transportadoras Indicadores de evaluación Instrumentos de evaluación Técnicas de evaluación - Define que es una banda transportadoras - Identifica las partes de las bandas transportadora - Conoce las clases o tipos de bandas transportadora

Ficha Fast test

Cuestionarios

Criterio de evaluación: Ejecución de la programación de un sistema de banda abastecedora de insumos y demostración del funcionamiento. Indicadores de evaluación Instrumentos de evaluación Técnicas de evaluación - Programa el microcontrolador - Emula virtualmente la programación - Traslada la programación al microcontrolador

Ficha de practica

-

Ejecución de Prácticas Observación

48 VI.

EVALUACIÓN DE LAS ACTITUDES ANTE EL ÁREA Actitudes

Manifestaciones observables

Valora las normas - Pide la palabra para participar - Respeta la opinión de sus del taller compañeros

VII.

Instrumentos Guía de observación de actitudes

BIBLIOGRAFÍA

Hernández G. (1998). Estrategias didácticas y aprendizaje significativo. México: Editorial McGraw-Hill

Latorre, M. (Ed.). (2013). Estrategias y técnicas metodológicas. Recuperado de http://www. umch.edu.pe/arch/hnomarino/metodo.pdf

Maureira A, (Ed.). (2015). Guía de métodos y estrategias de enseñanza y aprendizaje. Recuperado de http://www.udla.cl/pdf

Medina, A. (2009) La Didáctica disciplina pedagógica aplicada., Madrid, España: Pearson

Salvador, F. (2009) Metodología de la acción didáctica. Madrid, España: Pearson

49 3.3.

I.

HOJA INFORMATIVA

DATOS GENERALES Área Carrera profesional: curso: Lugar: Docente: Horas pedagógicas:

II.

Educación Para el Trabajo Automatización industrial Control de procesos Taller de automatización Mitchell Maycol Olivares Huamani 01

TEMA

CONTROL DE UNA BANDA TRANSPORTADORA ABASTECEDORA DE INSUMOS

III.

1.

DESARROLLO DEL TEMA

Definición de los sistemas de bandas transportadora Un sistema, servo-mecanismo, una máquina, un artefacto, aparato, cuya función principal

es la de trasladar materiales, objetos etc. de forma continuo, desde un punto llamado área de carga hasta otro llamado área de descarga. El primer sistema de transporte de materiales mediante cintas transportadoras data de los años de 1795. Estos primeros sistemas eran muy primitivos y consistían en una cinta de cuero, lona, o cinta de goma que se deslizaba por una tabla de madera plana o cóncava, empleadas para el transporte de carbón y materiales de la industria minera Ing. Lopadine 1860. Fue cuando se puso en servicio una de las primeras cintas transportadora para la minería y se empleó para explotación de aluviones auríferos en Siberia. El sistema incluía las partes esenciales de una cinta: banda sin fin, tambores de accionamiento y reenvió, trasmisión, bastidores y rodillo.

50 Henry Ford 1913. Siguió esa invención mediante la utilización de bandas transportadoras para su compañía Ford Motor, para la fabricación de vehículos en serie que seguía una cadena de montaje, lo cual revolucionó la industria del automóvil.

2. Tipos de sistemas de bandas transportadoras En las industrias existen una variedad de bandas transportadora debido a que cada empresa manda a diseñar la aplicación que se ajuste a su proceso específico, por tanto enumerarlas a cada una seria inviable. Sin embargo se puede establecer una clasificación atendiendo a algún criterio específico por ejemplo: -

Por longitud

-

Por su movilidad

-

Por el trazado

-

Por el tipo de la cinta

-

Por el campo de aplicación

3. Ventajas

4.

5.

-

Amigable con el medio ambiente

-

Trasporte de grandes flujos a grandes distancia

-

Facilidad de carga y descarga

-

Aumentan la producción industrial

Áreas De Aplicación -

Industrias extractivas

-

Industria químico - farmacéutica.

-

Industrias de alimentos

-

Industria automotriz

-

Industria plástica

Estructura de las bandas transportadora La estructura tecnológica básica de las bandas transportadoras no es para nada compleja,

como podríamos pensar, al observar el funcionamiento de algunas de las aplicaciones existentes de nuestro país. Las bandas transportadoras están constituidas por las siguientes partes:

51

Figura 5.3 Cinta transportadora y sus componentes

- La cinta - Estaciones Tensoras - Rodillos - Tolvas - Equipos de limpieza

IV.

- Tambores - Estaciones accionadoras - Bastidores - Elementos de seguridad

BIBLIOGRAFÍA

Tamesur, (2012) Manual de Instrucciones, Uso y Mantenimiento cinta transportadora. Recuperado de http: // www.tamesur.es/documentos/

EMIcorp, (2011) Bandas transportadora y Sistemas de Automatización. Recuperado de https://www.emicorp.com

Quispe, G. (2015). Sensores y aplicación industrial en la automatización de fajas transportadora. (Monografía de grado). Universidad Nacional De Educación, Chosica, Perú.

52 3.4.

I.

HOJA DE PRÁCTICA

TITULO

CONTROL DE UNA BANDA TRANSPORTADORA ABASTECEDORA DE INSUMOS

II.

DATOS GENERALES

Área Carrera profesional: curso: Lugar: Docente: Horas pedagógicas:

III.

Educación Para el Trabajo Automatización industrial Control de procesos Taller de automatización Mitchell Maycol Olivares Huamani 01

OBJETIVOS

El objetivo general de este laboratorio es introducir al estudiante en el diseño de la automatización y control de una banda transportadora abastecedora de insumos, empleando técnicas programadas como lo son los microcontroladores PIC. Entre los objetivos específicos tenemos: 1. Programación básica de Microcontrolador PIC 16f877A, en el software Microcode Estudio Plus 4 2. Emulación Virtual del funcionamiento del circuito de control, del proceso de abastecimiento de insumos de la bandas transportadora, en el software Proteus Design suite 7.10. 3. Grabar o trasladar la plantía de programación desde la PC hasta al microcontrolador 16f877A. 4. Demostrar el funcionamiento del proceso de abastecimiento de insumos de la banda transportadora

53 IV.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Los sistemas de transporte por medio de bandas transportadora en la actualidad están incursionando en casi todas los sectores industriales, las bandas transportadora están optimizando el trasporte y la producción industrial de las medianas y grandes empresas. El espíritu de competitividad por mantenerse líderes en su sector hace que las empresas busquen nuevas y mejores tecnologías. Una de las tecnologías que posibilitan la automatización de los procesos basados en bandas transportadoras, son las técnicas programadas o lógicas programables. Entre las tecnologías programables están los microcontroladores. Por tanto en este contexto aprender los rudimentos de la programación de microcontroladores, es esencial para la formación técnica de los estudiante de electricidad y electrónica, ya que les permitirá aprender las tecnologías de la automatización del siglo XXI que los capacitara para desarrollar proyectos automatizados o estimulara el interés por el estudio por las disciplinas de la ingenieras relacionados al tema.

V.

MATERIALES, HERRAMIENTAS E INSTRUMENTOS -

VI.

Proyector Software Microcode Studio Software Pickit2 Módulo didáctico: Banda transportadora Fuente de alimentación Perilleros estrella y plana Diapositivas

-

Equipo informático Pc Software Proteus Design Suite Programador Pickit2 Microcontrolador 16f877a

-

Alicate de corte Plumón acrílico

PROCEDIMIENTOS En la ejecución del siguiente laboratorio se recomienda seguir los siguientes pasos

establecidos en esta guía para una correcta implementación:

Paso N°1: Reconociendo el interfaz de trabajo del software Microcode Plus v4

54

Paso N°2: Programación el microcontrolador PIC 16f877A -

Configuración de los puertos del Microcontrolador

TRISA= 0: TRISB= 0: TRISC = %10000000: TRISD = %11000000 PORTA= 0: PORTB= 0: PORTC= 0: PORTD= 0: PORTC.1=1

-

Renombrando La Interface Del Microcontrolador

SYMBOL RELAY = PORTA.1: SYMBOL DISPLAY = PORTB: SYMBOL BUZZER = PORTC.0 SYMBOL MOTOR = PORTC.1: SYMBOL LEDVERDE =PORTC.4: SYMBOL LEDROJO = PORTC.5 SYMBOL SENSOR1= PORTC.7: SYMBOL FILA1= PORTD.3: SYMBOL TECLA = PORTD.6 SYMBOL SENSOR2= PORTD.7

-

Creación De Variables O Espacio De Memorias

A VAR BYTE: B VAR BYTE A = 0: B = 2

-

Inicio de ejecución de programa: Verificando la operatividad estado del Microcontrolador

INICIO: PAUSE 2000:HIGH LEDVERDE: PAUSE 2000: GOSUB SONIDO

-

Rutina de chequeo del teclado matricial

55

CONTROL: PAUSE 25 IF TECLA = 0 THEN GOSUB SONIDO: GOSUB PROCESO ENDIF GOTO CONTROL

-

Rutina de control del motor de la faja transportadora

PROCESO: PAUSE 25: LOW MOTOR IF (SENSOR1 = 0 AND B =2) THEN B= 3: HIGH MOTOR: GOSUB SUBPROCESO ENDIF IF SENSOR1=1 THEN B = 2 ENDIF GOTO PROCESO

-

Rutina que controla el mecanismo de apertura y cierre de la tolva

SUBPROCESO: PAUSE 25 IF SENSOR2=0 THEN PAUSE 200:HIGH RELAY:PAUSE 8000:LOW RELAY: PAUSE 2000: GOSUB CONTAR ELSE GOSUB SUBPROCESO ENDIF GOTO PROCESO

-

Programa para de conteo de los recipientes procesados

CONTAR: A=A+1 IF A=11 THEN A=0 LOOKUP A,[$0,$1,$2,$3,$4,$5,$6,$7,$8,$9,$10,$11,$12],DISPLAY PAUSE 2000 RETURN

-

Programa para emitir sonidos

SONIDO: PULSOUT BUZZER,1000*1000*1000 RETURN

-

Finalización de la programación

56 END

Paso N° 3: Compilamos el programa para generar la plantía Hex Paso N°4: Simulación virtual el funcionamiento de la banda transportadora en software Proteus Design Suite -

Cargamos el archivo con extensión Hex al microcontrolador

-

Empezamos la simulación pulsando el botón Play

Paso N°4: Grabamos la plantía de programación al microcontrolador, a través del software PICkit2 -

Conectamos el programador de microcontroladores PICkit2

-

Inicie el programa de aplicación PICkit2 v2.6.0

57

-

Insertamos el microcontrolador 16f877A en el socket del programador

-

Seleccionamos el dispositivo a programar

-

Importación del archivo, con el comando File > Import Hex abra el archivo ejecutable (*.hex) que va a ser grabado en el dispositivo.

-

Programe el dispositivo haciendo clic en el botón Write. Espere hasta que aparezca el mensaje de programación exitosa.

-

Desconecte el cable USB del computador y extraiga el dispositivo programado.

Paso N°5: Inserte el dispositivo en el circuito de control de la faja transportadora, encienda el circuito y muestre el correcto funcionamiento de su programación en la banda transportadora.

58

V.

BIBLIOGRAFÍA

Lehman, S. (2008). Microcontroladores Pic prácticas de programación. Barcelona, España: Marcombo Micro E. (2011). PIC BASIC PRO™ Compiler. Recuperado de http://www. microchip.com/ downloads/en/DeviceDoc/PBP_Reference_Manual.pdf

Reyes, C. A. (2008). Microcontroladores Pic programación en Basic. Quito, Ecuador: Respergraf Torres, m. (2017). Tutorial microcontroladores Pic. Recuperado de http://www.ing.puc. Cl /∼ mtorrest/publicaciones.htm.

Usategui, A. (2006). Microcontroladores PIC diseño práctico de aplicaciones. Madrid, España: MacGrawhill

59 3.5.

HOJA DE EVALUACIÓN

Datos Informativos

Nombre del alumno/a: ...................................................................................................................................................... Taller: ........................................ Grado: ........... Sección: ……… Fecha: ........................

Lea atentamente las siguientes interrogantes y luego responda 1. ¿Cuál de las siguientes proposiciones define que es un sistema de banda transportadora? a) Son equipos de almacenamiento mecánicos que pueden transportar y elevar cargas por medio de pasillos estrechos a gran velocidad. b) Sistema de mecanismos capaz de producir, transformar o aprovechar la energía eléctrica c) Correa que se mueve sobre rodillos que permite transportar materiales de un punto a otro. d) Sistema de transporte continuo formado básicamente por una banda que se mueve continuamente entre dos tambores, utilizados en la industria, tanto para el transporte de cargas aisladas o bultos, como para materiales a granel.

2. ¿Cuantas clases de sistemas de bandas transportadoras existen y cuáles son? a) Son de tres clases: Por el tipo de material a trasladar, por su movilidad, por el campo de aplicación b) Son de dos clases: Por su estructura, por el tamaño c) Son de cinco clases: Por la longitud de desplazamiento, por su movilidad, por el campo de aplicación, por tipo de cinta, por el trazado d) Solo existe una clase: Aquellos que utilizan corriente trifásica

3. En la siguiente imagen Identifique las partes principales de las bandas transportadora

60

4. Escribe un programa para el PIC en el software Microcode estudio que se capas de invertir la dirección de desplazamiento del motor de la banda transportadora cada 15 segundos. Paso1: Configuración del interfaz del Microcontrolador: ……………………… ……………………….. ………………………. …………………. …………………. ……………………… ……………………….. ………………………. …………………. ……………………… ……………………….. ………………………. …………………. ……………………… ……………………….. ………………………. …………………. ……………………… ……………………….. ……………………….

Paso 2: Rutina para cambiar la dirección de desplazamiento del motor ……………………… ……………………….. ………………………. …………………. …………………. ……………………… ……………………….. ………………………. …………………. ……………………… ……………………….. ………………………. …………………. ……………………… ……………………….. ………………………. …………………. ……………………… ……………………….. ……………………….

61

CAPITULO N°4 APLICACIÓN PRÁCTICA

4.1. Objetivos El objetivo de este proyecto es implementar un módulo didáctico que pueda ilustrar el funcionamiento general de los sistemas de bandas transportadoras industriales. El presente proyecto se propone construir una aplicación automática que pueda imitar el proceso industrial de abastecimiento de insumos u/o productos de primera necesidad tales como azúcar, sal, granos, etc., en sus respectivos recipientes para despacho y almacenaje posterior. La aplicación será capaz de: -

Iniciar el proceso de abastecimiento por medio de códigos de seguridad

-

Emitir una alarma si el código es erróneo

-

Desplazar las cajas vacías hacia la el punto de llenado

-

Abastecer el recipiente con el producto que este depositado en la tolva

-

Enumerar la cantidad de cajas que son llenadas

-

Evacuar los recipientes del lugar de abastecimiento para su consiguiente almacenamiento.

4.2. Descripción de los dispositivos empleados en el módulo 4.2.1 Estructura de la banda transportadora Las partes mecánicas que se emplearon para la construcción de la estructura de la banda trasportadora fueron, madera y metal. Primero como rodillos utilizamos tubos de aluminio que marcan el camino de desplazamiento de la carga a transportar, estos tubos están sujetados por ángulos empernados en una base de melamine. El bastidor de la banda está hecho de acero perfilado, la faja sin fin que desplaza sobre su superficie los recipientes está fabricada de un material textil. Los tambores son engranajes con sus respectivos ejes que fueron extraídos de las impresoras.

4.2.2. Sensor óptico reflexivo TCRT5000

62 Un sensor óptico se basa en el aprovechamiento de la interacción entre la luz y la materia para determinar las propiedades de ésta. Recordemos que se trataba de resistencias cuyo valor disminuye con la luz, de forma que cuando reciben un haz de luz permiten el paso de la corriente eléctrica por el circuito de control. Cuando una persona o un obstáculo interrumpen el paso de la luz, el LDR aumenta su resistencia e interrumpe el paso de corriente por el circuito de control. El TCRT5000 es un sensor óptico reflectivo que consta de un emisor de luz infrarroja y un fototransistor. El fototransistor detecta la luz que es reflejada cuando un objeto pasa enfrente del sensor. El TCRT5000 dispone de un encapsulado que bloquea la luz, la carcasa de plástico cuenta con 2 sujetadores en forma de clip para que su montaje sea más sencillo.

Figura 5.4 Sensor óptico reflexivo TCRT5000

Tabla 2 Especificaciones técnicas del sensor óptico Modelo: TCRT5000 Voltaje operación: 3.5 ~ 5 VCD Corriente: 60 mA Distancia de detección: 1 ~ 25 mm Distancia focal: 2.5 mm Chipset: LM393 Salida: Digital (0 y 1)

4.2.3. Microcontrolador PIC 16F877A Se denomina microcontroladores a un dispositivo programable capaz de realizar diferentes actividades que requieran del procesamiento de datos digitales y del control y comunicación digital de diferentes dispositivos. Los microcontroladores poseen principalmente una ALU (Unidad Lógico Aritmética), memoria del programa, memoria de registros, y pines I/O (entrada

63 y/0 salida). La ALU es la encargada de procesar los datos dependiendo de las instrucciones que se ejecuten (ADD, OR, AND), mientras que los pines son los que se encargan de comunicar al microcontrolador con el medio externo; la función de los pines puede ser de transmisión de datos, alimentación de corriente para el funcionamiento de este o pines de control especifico.

Figura 5.5 Microcontrolador 16F877A

Figura 5.6 Descripción de los pines del microcontrolador

Como podemos observar el chip cuenta con un total de 40 pines que nos ofrece, entre otras cosas: o Arquitectura RISC -

El microcontrolador cuenta con solo 35 instrucciones diferentes Todas las instrucciones son uní-ciclo excepto por las de ramificación

o Frecuencia de operación 0-20 MHz o Oscilador interno de alta precisión

64 -

Calibrado de fábrica

o Rango de frecuencia de 8MHz a 31KHz seleccionado por software o Voltaje de la fuente de alimentación de 2.0V a 5.5V -

Consumo: 220uA (2.0V, 4MHz), 11uA (2.0 V, 32 KHz) 50nA (en modo de espera)

o Ahorro de energía en el Modo de suspensión o Brown-out Reset (BOR) con opción para controlar por software o 35 pines de entrada/salida -

Alta corriente de fuente y de drenador para manejo de LED

-

Resistencias pull-up programables individualmente por software

-

Interrupción al cambiar el estado del pin

o Memoria ROM de 8K con tecnología FLASH -

El chip se puede re-programar hasta 100.000 veces

o 256 bytes de memoria EEPROM -

Los datos se pueden grabar más de 1.000.000 veces

o 368 bytes de memoria RAM o Convertidor A/D: -

14 canales

-

resolución de 10 bits

o temporizadores/contadores independientes o Módulo comparador analógico con -

Dos comparadores analógicos

-

Referencia de voltaje fija (0.6V)

-

Referencia de voltaje programable en el chip

Lenguaje BASIC -

Es un lenguaje muy simple y con instrucciones fácilmente legibles, incluso por no expertos.

-

Falta de control del programa en cuanto a tiempos de ejecución y control de registros bit a bit.

-

Complejidad en el manejo de interrupciones simultáneas en este lenguaje.

-

limitaciones cuando genera el archivo hex, es decir no optimiza el tamaño de memoria de programa del PIC

65 -

La mayoría de compiladores para este lenguaje pueden utilizarse únicamente bajo ambiente Windows.

Tabla 2. Lenguaje de instrucciones en BASIC Declaración @ ASM...ENDASM BRANCH BRANCHL BRANCH BUTTON

Aplicación

Inserta una línea de código ensamblador Inserta una sección de código ensamblado GOTO computado(equivale ON...GOTO) fuera de página(BRANCH largo) especificado Anti-rebote y auto-repetición de entrada en el pin especificado CALL Llamada a subrutina de ensamblador CLEAR Hace cero todas las variables COUNT Cuenta el número de pulsos en un pin DATA Define el contenido inicial en un chip EEPROM DEBUG Señal asincronica de salida en un pin fijo y baud DISABLE Deshabilita el procesamiento de ON INTERRUPT DTMFOUT Produce tonos en un pin EEPROM Define el contenido inicial en un chip EEPROM ENABLE Habilita el procesamiento de ON INTERRUPT END Detiene la ejecución e ingresa en modo de baja potencia FOR...NEXT Ejecuta declaraciones en forma repetitiva FREQOUT Produce hasta 2 frecuencias en un pin GOSUB Llama a una subrutina BASIC en la etiqueta especificada GOTO Continua la ejecución en la etiqueta especificada HIGH Hace alto la salida del pin HSERIN Entrada serial asincronica(hardware) HSEROUT Salida serial asincronica(hardware) I2CREAD Lee bytes de dispositivo I2C I2CWRITE Graba bytes en dispositivo I2C IF...THEN...ELSE...END Ejecuta declaraciones en forma condicional IF INPUT Convierte un pin en entrada (LET) Asigna el resultado de una expresión a una variable LCDOUT Muestra caracteres en LCD LOOKDOWN Busca un valor en una tabla de constantes LOOKDOWN2 Busca un valor en una tabla de constantes o variables LOOKUP Obtiene un valor constante de una tabla LOOKUP2 Obtiene un valor constante o variable de una tabla LOW Hace bajo la salida de un pin NAP Apaga el procesador por un corto periodo de tiempo ON INTERRUPT Ejecuta una subrutina BASIC en un interrupt OUTPUT Convierte un pin en salida PAUSE Demora (resolución 1mseg.) PAUSEUS Demora (resolución 1 useg.) PEEK Lee un byte del registro

66 POKE POT PULSIN PULSOUT PWM RANDOM RCTIME READ RESUME RETURN REVERSE SERIN SERIN2 SEROUT SEROUT2 SHIFTIN SHIFTOUT SLEEP SOUND STOP SWAP TOGGLE WHILE..WEND WRITE XIN XOUT

Graba un byte en el registro Lee el potenciómetro en el pin especificado Mide el ancho de pulso en un pin Genera pulso hacia un pin Salida modulada en ancho de pulso a un pin Genera número pseudo-aleatorio Mide el ancho de pulso en un pin Lee byte de un chip EEPROM Continua la ejecución después de una interrupción Continua en la declaración que sigue al último GOSUB Convierte un pin de salida en entrada o uno de entrada en salida Entrada serial asincronica (tipo BS!) Entrada serial asincronica (tipo BS2) Salida serial asincronica (tipo BS1) Salida serial asincronica (tipo BS2) Entrada serial sincronica Salida serial sincronica Apaga el procesador por un periodo de tiempo Genera un tono o ruido blanco en un pin Detiene la ejecución del programa Intercambia los valores de dos variables Hace salida a un pin y cambia su estado Ejecuta declaraciones mientras la condición sea cierta Graba bytes a un chip EEPROM Entrada X - 10 Salida X - 10

4.2.4. Motor paso - paso Los motores paso a paso tienen un comportamiento diferente al de los motores de corriente continua. En primer lugar, no giran libremente por sí mismos una vez energizados. Los motores paso a paso, como lo indica su nombre, avanzan girando por pequeños pasos por cada pulso que se le aplique a sus bobinas, las cantidades más comunes de grados por paso son de 1,8° hasta 90°. Este factor define la cantidad de grados que rotará el eje para cada paso.

67 Figura 5.7 Motor P-P bipolar

Los motores paso a paso tienen una característica adicional que es el torque de detención. El torque de detención hace que un motor paso a paso se mantenga firmemente en su posición cuando no está girando.

Figura 5.8 Bobinas de un motor bipolar

Entre los tipos de motores paso a paso tenemos al de imán permanente bipolar. Estos tienen generalmente cuatro cables de salida. Requieren circuitos de control debido a que requieren del cambio de dirección del flujo de corriente a través de las bobinas en la secuencia apropiada para realizar un movimiento.

Tabla 4. Secuencia de pulsos para un motor bipolar

1a 1b

1 + -

2 +

2a 2b

3

4

+ -

+

5 + -

6 +

7

8

+ -

+

La configuración de los motores bipolares requiere que las bobinas reciban corriente en uno y otro sentido. Esto hace necesario el uso del integrado Puente H sobre cada uno de los bobinados.

4.2.5. Display de siete segmentos

68 El Display de 7 segmentos es un dispositivo electrónico que sirve para representar números en los equipos electrónicos, en su interior se encuentran 7 diodos emisores de luz o diodos leds que tienen una forma alargada que se pueden apagar o encender de manera independiente. Existen dos tipos de display, de ánodo común y de cátodo común. En los de tipo de ánodo común, todos los ánodos de los leds están unidos internamente a una patilla común que debe es conectada a voltaje positivo (nivel “1”). El encendido de cada segmento individual se realiza aplicando voltaje bajo o nulo (nivel “0”) por la patilla correspondiente a través de una resistencia que limite el paso de la corriente.

Figura 5.9 Estructura de ánodo común

En los de tipo de cátodo común, todos los cátodos de los leds están unidos internamente a una patilla común que debe ser conectada a un voltaje bajo o nulo (nivel “0”). El encendido de cada segmento individual se realiza aplicando voltaje positivo (nivel “1”) por la patilla correspondiente a través de una resistencia que limite el paso de la corriente.

Figura 6.0 Estructura de cátodo común

Para ambos casos en muy importante el uso de la resistencia limitadora de corriente y que sea de un valor adecuado ya que sino colocamos una o la que instalamos una de un valor muy bajo quemaremos el led del display y si le conectamos una resistencia de ohmiaje muy alto esta impedirá que no encienda el display.

69

El funcionamiento de cada uno de los segmentos que forman el display se les denomina a, b, c, d, e, f y g y están ensamblados de forma que se permita activar cada segmento por separado consiguiendo formar cualquier dígito numérico que se encuentre entre el cero y el nueve.

Figura 6.1 Disposición de los pines del display de 7 segmentos

-

Los pines del 1 al 7 son de conteo

-

y 8: punto de ánodo o cátodo común

-

El octavo pin funciona como punto decima:

-

Si se activan sólo los segmentos: "a, b, c, d, e, f," se forma el número "0".

-

Si se activan sólo los segmentos: "a, b, g, e, d," se forma el número "2".

-

Si se activan sólo los segmentos: "b, c, f, g," se forma el número "4"

-

Si se activan o encienden todos los segmentos se forma el número "8".

4.2.6.

Transistor 2N2222

Un transistor es un dispositivo que regula el flujo de corriente o de tensión actuando como un interruptor o amplificador para señales electrónicas. Transistor 2N2222 es de tipo bipolar Consta de tres cristales semiconductores usualmente de silicio unidos entre sí. Según como se coloquen los cristales hay dos tipos básicos de transistores bipolares.

70

Figura 6.2 Transistor 2N2222 Bipolar

Figura 6.3 Estructura de un transistor NPN y PNP

-

Emisor (E): Se encarga de proporcionar portadores de carga.

-

Colector (C): Se encarga de recoger portadores de carga.

-

Base (B): Controla el paso de corriente a través del transistor. Es el cristal de en medio

4.2.7. Diodo LED Un diodo led es un diodo que cuando está polarizado directamente emite luz. Además la palabra LED viene del inglés Light Emitting Diode que traducido al español es Diodo Emisor de Luz. Los leds tienen dos patillas de conexión una larga y otra corta. Para que pase la corriente y emita luz se debe conectar la patilla larga al polo positivo y la corta al negativo. En caso contrario la corriente no pasará y no emitirá luz. En la imagen siguiente vemos un diodo led por dentro.

71

Figura 6.4 Estructura de un diodo LED

El funcionamiento es muy sencillo. Cuando conectamos con polarización directa el diodo led el semiconductor de la parte de arriba permite el paso de la corriente que circulará por las patillas (cátodo y ánodo) y al pasar por el semiconductor, este semiconductor emite luz.

4.2.8. Resistencias Una resistencia también llamado resistor es un elemento que causa oposición al paso de la corriente, causando que en sus terminales aparezca una diferencia de tensión (un voltaje). La máxima cantidad de corriente que puede pasar por una resistencia, depende del tamaño de su cuerpo.

Figura 6.5 Resistencia fija Las resistencias se representan con la letra R y el valor de éstas se mide en Ohmios (Ω). Las resistencias o resistores son fabricadas principalmente de carbón y se presentan en una amplia variedad de valores. Hay resistencias con valores de Ohmios (Ω), Kilo ohmios (KΩ), Mega ohmios (MΩ).

72 4.2.9.

Buzzer

El zumbador, buzzer o speaker en inglés, es un elemento capaz de transformar la electricidad en sonido. El corazón de los buzzer piezoeléctricos es un componente electrónico formado a partir de la combinación de dos discos de distintos materiales. Uno de ellos es metálico y el otro, generalmente es de cerámica, y ambos tienen propiedades piezoeléctricas. Cuando se le aplica un voltaje al componente, los materiales se repelen produciendo un “clic” audible (chasquido). Poniendo a cero la diferencia de tensión, hará que los materiales vuelvan a su posición inicial, produciendo de nuevo un sonido de clic.

Figura 6.6 Zumbador o buzzer

Si el disco es controlado por un circuito oscilante externo se habla de un transductor piezoeléctrico. Si el circuito oscilador está incluido en la carcasa, se le denomina zumbador piezoeléctrico. Montaje Primero vamos a fijarnos en el buzzer, como veréis tiene dos cables, el negro y el rojo, que conectaremos: -

El negro al GND o polo negativo de la pila.

-

El rojo al polo positivo.

-

Es importante recordar que la presencia de los dos colores de los cables revelan que los piezas tienen polaridad, y que los cables indican precisamente como conectar nuestro dispositivo a la placa

73 4.2.10. Teclado matricial El Teclado matricial 4×4 o de membrana como común mente se les conoce, están edificados con dos láminas las cuales son llamadas membranas (de ahí su nombre), su material cobertor es plástico. El teclado matricial proporciona una interfaz sencilla de entrada de datos. El teclado matricial 4x4 un dispositivo de 16 teclas, está constituido por una matriz de pulsadores dispuestos en filas (A, B, C, D) y columnas (1, 2, 3,4), con la intención de reducir el número de pines necesarios para su conexión. Las 16 teclas necesitan sólo 8 pines del microcontrolador, en lugar de los 16 pines que se requerirían para la conexión de 16 teclas independientes.

Figura 6.8 Diagrama esquemático de teclado

Su funcionamiento es muy sencillo, cuando se presiona una tecla, se conectan internamente la fila y columna correspondientes; por ejemplo, al presionar la tecla “7” se conectan la fila C y la columna 1. Si no hay ninguna tecla presionada, las filas están desconectadas de las columnas.

Figura 6.7 Teclado matricial 4x4

74 Tabla 5 Características electrónicas del teclado Codificación de la Instalación: 35V DC, 100mA, 1W Resistencia de contacto 10Ω - 500Ω Resistencia de aislamiento 100M 100V Dureza aisladora 250 V rms (50 - 60Hz 1min) Energía jitter de choque Tipo Táctil: ≥ un millón de veces

4.2.11. Integrado 74ls47 Este circuito integrado es un decodificador de BCD a 7 segmentos el cual está expresamente diseñado para controlar un display, de 7 segmentos de ánodo común. Recibe a su entrada el código binario BCD que representa el número a visualizar, su salida el decodificador responde activando los segmentos necesarios de forma que dicho número se ilumine.

Figura 6.9 Decodificador de 7 segmentos 74ls47

Los pines identificados como; A, B, C Y D son las entradas a través de las cuales se ingresa el número que se desea desplegar en formato BCD. Los pines identificados como a, b, c, d, e, f, g son las salidas correspondientes a cada segmento del display. VCC Y GND sirven para alimentar el dispositivo. El pin RBI sirve para activar o desactivar el despliegue del número cero, es decir suprime ceros innecesarios cuando se trabaja con más de un display, y BI/RBO para activar y desactivar el display. En la siguiente figura se muestra el diagrama del circuito integrado 74LS47.

75

Figura 7.0 Diagrama del C.I. 74LS47

Tabla 6 Tabla de verdad del decodificador 74ls47 Función decimal 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

4.2.12.

LT H H H H H H H H H H H H H H H H

RBI H X X X X X X X X X X X X X X X

D L L L L L L L L H H H H H H H H

C L L L L H H H H L L L L H H H H

B L L H H L L H H H H L L H H L L

A BI/RB0 L H H H L H H H L H H H L H H H L H H H L H H H L H H H L H H H

Oscilador de cuarzo

En electrónica un oscilador es un circuito que es capaz de convertir la corriente continua en una corriente que varía de forma periódica en el tiempo. Estas oscilaciones pueden ser senoidales, cuadradas, triangulares, etcétera, dependiendo de la forma que tenga la onda producida. Un oscilador de onda cuadrada suele denominarse multivibrador y por lo tanto, se les llama osciladores sólo a los que funcionan en base al principio de oscilación natural que constituyen una bobina L y un condensador C. Todo microprocesador o microcontrolador requiere de un circuito que le indique a qué velocidad debe trabajar. Este circuito es conocido por todos como un oscilador de frecuencia. Este oscilador es como el motor del microcontrolador por lo tanto, este pequeño circuito no

76 debe faltar. En el caso del microcontrolador PIC16F877A son utilizados para introducir la frecuencia de reloj.

Figura 7.1 Oscilador de 4 MHz

4.2.13.

Condensador cerámico

Un condensador, también llamado capacitor, es un componente eléctrico que almacena carga eléctrica, para liberarla posteriormente. También se suele llamar capacitor eléctrico. La función principal del condensador cerámico es la de bloquear el paso de la corriente directa y permitir el paso de la corriente alterna, pero este paso de la corriente alterna vendrá determinado par la capacidad del condensador o capacitancia pues en la medida en que esta sea menor mayor será la oposición al paso de la corriente alterna según sea el valor de esta en frecuencia.

Figura 7.2 Capacitor cerámico de 22pF

4.2.14. Actuador neumático de doble efecto Los actuadores neumáticos son mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico que puede ser rectilíneo o rotativo. Los cilindros lineales son los componentes más comunes en neumática. Existen dos tipos fundamentales: Cilindros de simple efecto con una entrada de aire diseñados para realizar trabajo en un solo sentido sea en la carrea de avance o retroceso. Cilindros de doble efecto tienen dos entradas de aire para producir carreras de trabajo de salida y retroceso.

77 Para poder realizar el movimiento de avance o retroceso en un actuador de doble efecto, es preciso que entre las cámaras exista una diferencia de presión. Por norma general, cuando una de las cámaras recibe aire a presión, la otra está comunicada con la atmósfera, y viceversa.

Figura 7.8 Cilindro neumático de doble efecto

Este proceso de conmutación de aire entre cámaras es realizado automáticamente por la válvula de control asociada de disposiciones de 4 o 5 vías con 2 o 3 posiciones. La presión de trabajo en condiciones normales de servicio es de 400 a 800 kPa. 4 a 8 bar. El cilindro de embolo se compone de las siguientes partes.

Figura 7.4 Arquitectura de un cilindro de doble efecto

4.2.15. Electroválvula neumática Con el objeto de controlar la circulación del aire en una dirección u otra se necesitan elementos de mando y control. Las electroválvulas son esos elementos, se las puede decir que son dispositivos electromecánicos, en términos generales están diseñadas para controlar el paso de un fluido por un conducto o tubería.

78 Esencialmente, consisten de una válvula neumática a la cual se le adhiere una bobina o solenoide sobre la cual se hace pasar una corriente para generar un campo magnético que, finalmente, generará la conmutación en la corredera interna de la válvula, provocando así el cambio de estado y por consiguiente el bloqueo o cambio de dirección del aire, por las vías que accionan al cilindro de trabajo. Las válvulas distribuidoras son un tipo de electroválvulas y estas pueden ser monoestables y biestables. Las monoestables tienen una posición preferencial definida, a la cual vuelven automáticamente a su estado inicial cuando desaparece la señal en sentido contrario. Una válvula biestable no tiene una posición referencial y permanece en cualquier posición hasta que se activa una de las dos señales de impulso.

Figura 7.5 Electroválvula monoestable 5/2 vías

Se les denomina vía a cada uno de los orificios a través de los cuales puede circular el aire en su proceso de trabajo o evacuación. El número de posiciones de maniobra de una válvula está determinado por el número de posibilidades diferentes de comunicar las vías entre sí.

Tabla 7 Datos técnicos de la electroválvula monoestable 5/2 Fluido Margen de presión Tiempo de respuesta con 600 kPa Caudal nominal normal Tensión

Aire comprimido, con o sin lubricación Desde 300 hasta 800 kPa ( 3 hasta 8 bar) 15 ms 500 l/min 220 V DC

4.2.16. Relevador de armadura Un relé de armadura es un interruptor electromecánico mediante el cual se puede controlar una potencia mucho mayor con un consumo de potencia muy reducido. Están formados por

79 una bobina y unos contactos los cuales pueden conmutar corriente continua o bien corriente alterna. Su funcionamiento se basa en el fenómeno electromagnético. Cuando la corriente atraviesa la bobina, produce un campo magnético que magnetiza un núcleo de hierro dulce “ferrita”. Este atrae al inducido que fuerza a los contactos a tocarse. Cuando la corriente se desconecta vuelven a separarse.

Figura 7.6 Relevador de 5 v en modulo

4.3. Descripción del software empleado 4.3.1. Software Proteus Profesional 7.2 Proteus es un sistema de diseño electrónico basado en la simulación analógica, digital o mixta de circuitos, que brinda la posibilidad de interacción con muchos de los elementos que integran el circuito. Incluye componentes animados para la visualización de su comportamiento en tiempo real, además de un completo sistema de generación y análisis de señales. También cuenta con un módulo para el diseño de circuitos impresos. Las siglas VSM significan Virtual System Modelling, que en español podemos traducir como sistema de modelado virtual, ya que Proteus VSM permite modelar de forma virtual en la computadora prácticamente cualquier circuito. La característica principal que hace de Proteus VSM uno de los simuladores preferidos por muchos aficionados y profesionales de la electrónica es la posibilidad de simular circuitos que incluyen microprocesadores o microcontroladores. Aunque el nombre completo del programa es Proteus VSM, a partir de ahora nos referiremos a él solo como Proteus, para mayor facilidad. La interfaz de ISIS

80 En principio, el módulo ISIS es un espacio para dibujar los diagramas de nuestros circuitos. Al abrir Proteus desde el icono ISIS, veremos la pantalla que se explica en la siguiente Guía visual.

Figura 7.7 Interfaz de ISIS

01 Modo: esta barra de herramientas es la más importante porque nos permite elegir el modo en el que vamos a trabajar mientras dibujamos un circuito en la ventana de edición. Nos permitirá elegir y colocar componentes y otros elementos, como instrumentos de medición, gráficos de simulación, etcétera. 02 Opciones De Archivo: esta barra es muy similar a la de otros programas de Windows, y se utiliza para realizar operaciones básicas con los archivos, como crear uno nuevo, abrir uno existente, guardar el archivo en el que estamos trabajando 03 Visualización: en esta barra encontramos algunos botones para controlar la forma en que vemos el circuito en la ventana de edición. 04 Edición: aquí tenemos varias opciones de edición de los diferentes elementos 05 Herramientas de diseño: esta barra muestra diversas opciones de diseño para trabajar en varias hojas, generar reportes, etcétera.

81 06 Simulación: aquí podemos encontrar los controles de simulación. Hablaremos de esta barra en el capítulo 2, donde comenzaremos a estudiar la simulación en Proteus. 07 Librerías: Si presionamos el botón P, se abrirá la ventana Pick Devices, donde podemos navegar por las librerías de componentes para elegir los que formarán nuestro diseño. Desde esta ventana también es posible hacer una búsqueda concreta. En la siguiente Guía visual conoceremos cada uno de sus elementos.

4.3.2. Microcode Estudio Microcode Studio es un Entorno de desarrollo Integrado (IDE), diseñado exclusivamente para facilitar la programación de los microcontroladores PIC, los procedimientos para programar son muy sencillos, primero seleccione el modelo del PIC (1), escriba el programa y guárdelo bajo un nombre, y por último presione el botón compilar (8), si el programa está bien escrito y sin fallas compilará y mostrará en la parte inferior izquierda el espacio que requiere en el PIC (4), enseguida se creará automáticamente 3 archivos: led intermitente.mac, led intermitente.asm y led intermitente hex, este último es el más importante para el PIC y es el que se debe grabar en el microcontrolador.

Figura 7.8 Interfaz Microcode estudio

82 Modelo de MicroPIC. Esto es lo primero que debe seleccionar antes de empezar a programar, seleccione de acuerdo al modelo de Pic que se va a programar sea este 16F627, 16F627A, 16F628, 16F628A, 16F818, 16F819, 16F84A, 16F877A, etc. Buscador de códigos.- Aquí se van adicionando cada vez que se crea una variable, al incluir un define, o crear algún nombre de línea, sirve para saber qué componentes incluyen en el programa y también como buscador de líneas, para esto basta con dar un clic en el nombre de la línea que desea encontrar y automáticamente le indicará donde está dicha línea. Número de línea del programa Esto por defecto no viene habilitado, debe habilitarlo previamente, y es muy útil a la hora de encontrar errores, porque le indica el número de la línea en donde se halla un error. Espacio que ocupa en el PIC.- Este sí es el espacio que se requiere en la memoria FLASH del Pic y aparece una vez que se compila el programa, debe fijarse si alcanza en el PIC que dispone o debe reemplazarlo por otro de mayor capacidad. Programa del microcontrolador.- En esta parte es donde se debe escribir el programa, Microcode reconoce palabras clave como VAR, HIGH, LOW, PAUSE, etc., y los pinta con mayúsculas y negrillas, por lo que no se debe utilizar estas palabras como nombres de subrutinas o variables. Comentarios: Es recomendable usar comentarios todo el tiempo, aunque sea obvio para usted, alguien podría necesitarlo, y por qué no para usted mismo, dentro de un tiempo no recordará ni cómo lo hizo ni cómo funciona, ni para qué servía tal instrucción. Encabezado del programa.- No son nada más que comentarios en los que se puede incluir: nombre, fecha, autor, y una explicación en breves palabras de cómo y para qué sirve el programa. También se puede hacerlo modificando en View - Editor Opciones -Program header, aquí coloque el autor y la empresa para que se coloque automáticamente cada que abra una nueva página. Compilador.- Estos dos botones sirven básicamente para compilar el programa y crear el archivo. ASM, .MAC, y el .HEX, el .HEX sirve para grabar en el micro, el .MAC sólo sirve para el PICBasic y el .ASM, para personas interesadas en ver cómo lo hizo el compilador en assembler ya que podemos abrirlo en MPLAB.

83 4.3.3. Pickit2 El PICkit2 Clone es un grabador (programador o quemador) USB de microcontroladores PIC, memorias EEPROM, DSPIC y otros dispositivos; es una versión simplificada del original PICkit2 de Microchip y trabaja con el programa de aplicación PICkit2 v2.61 de Microchip, por lo tanto su buen funcionamiento está garantizado y asegurado. Este programador puede trabajar correctamente en Windows XP, Windows Vista, Windows 7, Windows 8 y Windows 8.1. La lista de dispositivos soportados por este quemador USB de PIC y EEPROM es muy extensa.

Uso del Pickit2 USB El uso del PICkit2 Clone es muy sencillo, se recomienda deshabilitar la opción Tools Fast programming para reducir la probabilidad de problemas durante la grabacion de los microcontroladores, debido a la incapacidad de algunos componentes electrónicos del programador para conmutar rápidamente. 01 Coloque o conecte el dispositivo en el quemador USB de PIC según el modelo específico. La programación se realiza a través de los pines VPP (voltaje de programación) VDD (voltaje de alimentación), VSS (referencia), PGD (datos) y PGC (reloj) del programador y los pines correspondientes del microcontrolador (ver la hoja de especificaciones para cada dispositivo particular para identificar los cinco pines de programación). Si el programador no dispone de zócalo para la conexión de los microcontroladores, debe emplear un tablero de proyectos de inserción a presión para realizar las conexiones. 02. Conecte el cable USB al grabador USB de PIC y a continuación el otro extremo del cable a un puerto USB del computador.

84

Figura 7.9 Interfaz de PICkit2

03. Inicie el programa de aplicación PICkit2 v2.6.1. 04. El programador será detectado automáticamente, al igual que el dispositivo a ser programado siempre y cuando pertenezca a una de las familias que soporten auto detección. Para que la auto detección del dispositivo tenga efecto, el comando Programmer >Manual Device Select debe estar desactivado. Por ejemplo, para el PIC16F628A se verá Device: PIC16F628A y adicionalmente el siguiente mensaje:

Figura 8.0 Detección de dispositivo

85 Si el dispositivo no soporta autodetección, debe ser seleccionado manualmente, para lo cual el comando Programmer > Manual Device Select debe estar activado. Por ejemplo, para seleccionar manualmente el PIC16F628A se debe seleccionar el comando Device Family > Midrange > Standard, y a continuación seleccionar el PIC de la lista desplegable Device:

Figura 8.1 Selección del dispositivo integrado

05 Con el comando File -> Import Hex abra el archivo ejecutable (*.hex) que va a ser grabado en el dispositivo. Deberá observar el siguiente mensaje:

Figura 8.2 Importación de archivo hex

06 Programe el dispositivo haciendo clic en el botón Write. Espere hasta que aparezca el mensaje de programación exitosa:

Figura 8.3 Resultado de la programación

07 Desconecte el cable USB del computador y extraiga el dispositivo programado. 08 Si va a programar otro dispositivo, conéctelo al quemador, conecte nuevamente el cable USB al computador y luego seleccione el comando Tools -> Check Communication. Repita los pasos 4 a 7.

86 4.4. Diagrama de flujos de operación

INICIO

Código de

Código

seguridad

errado

Código correcto Sonido de error Desplazamiento de recipiente

Detección sensor S1

Inmovilización Mecanismo de apertura Abastecimiento de producto

Detección Sensor

S2 Mecanismo de cierre

Conteo de caja llenas

Evacuación llenas

87 Descripción del proceso -

Paso 1: El proceso se inicializa cuando el operador digita el código de seguridad. Si el código es errado el buzzer emite tres sonidos de error

-

Paso 2: Una vez inicializado el proceso, la cinta comienza a moverse, trasladando la caja en dirección el área de abastecimiento tolva 01.

-

Paso 3: El primer sensor al captar la proximidad de la primera caja, la cinta transportadora se detiene posicionando la caja en el área de abastecimiento, tolva.

-

Paso 4: Se activa el mecanismo de apretura de la tolva en actuador se contrae, a continuación se inicia el llenado de los recipientes, el insumo cae por la tolva.

-

Paso 5: El segundo sensor capta el retraimiento del cilindro se activa el mecanismo de cierre el actuador se extiende después de un retardo de doce segundos.

-

Paso 6 Terminada la etapa de llenado en seguida el display muestra el primer digito de conteo.

-

Paso 7: A continuación la cinta comienza a mover la caja llena, del área de evacuación, remplazándola por una vacía. De ahí en adelante el proceso se repetirá indefinidamente o hasta que se accione el botón de parada o reset.

4.5. Rutina de programación del microcontrolador El microcontrolador 167877A de cuarenta pines fue programado en el lenguaje BASIC de alto nivel, se utilizaron exactamente 1200 byte de memoria un poco más de 1 kilobyte a lo largo de las 132 líneas de programación del software Microcode estudio plus, a continuación realizamos una descripción del programa: La primera etapa de la programación abarca de la línea 14 hasta la 38. En la sub etapa llamada declaraciones iniciales, se está: -

Configurando los puertos del microcontrolador para que operen como entras o salidas

-

Se renombra a los puertos para que pueden tener un nombre más comprensible al lenguaje humano por medio del comando symbol.

-

Declaramos variables de tipo byte, estos son espacios de memoria internas necesarias para el procesamiento de valores numéricas

-

Por medio del comando write se guarda la clave de seguridad en la memoria EEPROM del microcontrolador.

88 -

Read es un comando que nos permite tener acceso de la clave previamente guardada y ubicarla en las posiciones establecidas de la variable código.

Figura 8.4 Primera etapa de programación

La segunda etapa de nuestro programa empieza de la línea 40 hasta la 132. Y en esta tenemos las sub etapas de programación siguientes: -

Inicio de programa: inicio de programa es la rutina que verifica las condiciones de operatividad del microcontrolador si todo esta ok en el hardware del Pic se encenderá el led verde

-

Programa De Control: Control evalúa el número de veces que se han presionado las teclas el teclado matricial, si son seis veces nos envía a la rutina de consulta.

89

Figura 8.5 Programa control e inicio de programa

-

Multiplexado: Para obtener los dígitos el teclado 4x4, usamos la técnica multiplexor, en las siguientes líneas observamos que utilizando canal cero del PuertoB podemos registrar las teclas 1, 4, 7, X. utilizando canal uno del PuertoB podemos registrar las teclas 2, 5, 8, 0. Así mismo utilizando canal dos del PuertoB podemos registrar las teclas 2, 5, 8, #.

-

En esta sección se presentan condicionales, si la teclas oprimidas son correctas nos reenviara a la rutina consulta para el inicio de proceso.

Figura 8.6 Programa multiplexor

90 -

Comparación de teclas y códigos: Los dígitos presionados pueden ser correctos o incorrectos, esta sección contrasta los dígitos guardados en la memoria y los compara con los dígitos presionas.

Figura 8.7 Programa de discriminación de códigos

-

Programa de anti-rebotes y sonidos: Cada vez que se presione una tecla el circuito emitirá un sonido, speaker cumple esa función. Además las teclas necesitan un grado de estabilidad, para que el sistema no presenta conflictos si es qué el teclado que da presionado, la rutina stop01 supera ese conflicto.

-

Sonido para inicio de proceso: al iniciar proceso si la clave es correcta, el buzzer emitirá un único sonido de dos segundos.

-

Código de inicio errado: Los seis dígitos o uno de ellos pueden estar equivocados si eso ocurre el led rojo se encenderá y emitirá tres pitidos que se repetirán secuencialmente.

91

Figura 8.8 Programa de sonidos

-

Código de inicio de correcto: En esta sección se controlan el motor P-P y el actuador.

-

Proceso: El código correcto hará que se inicie el proceso, la faja empezará a girar, impulsado por el motor, se detendrá cuando el primer sensor detecte un flanco descendente, enseguida el relé es activado asiendo que el actuador se contraiga.

-

Subproceso: El programa pasa a chequear el estado del segundo sensor, el proceso se mantendrá inmovilizado hasta que el sensor cambie de estado de cero lógico a uno lógico, cuando el sensor cambie de cero a uno lógico se realiza un retraso de doce segundo luego se activa el relé este ara que el actuador se extienda.

92

Figura 8.9 Programa de ejecución del proceso

-

Programa de conteo de cajas: Los display son controlador por esta rutina, los dos display son controlados por el PuertoB que en la imagen llevan el sobrenombre de display. Para ello se utiliza la función lookup, esta función toma los valores de la variable unidades y las guarda, si el valor de unidades es cero enviara el número cero por el puerto, si el valor de unidades es uno enviara el número en formato hexadecimal por el puesto B y así se repetirá el ciclo hasta llegar a diecinueve.

Figura 9.0 Programa de conteo de cajas

93 4.6. Simulación virtual del circuito de control

Figura 9.1 Circuito electrónico diseñado en Proteus Design

94 4.7. Simulación virtual del circuito electroneumático

Figura 9.2 Circuito de control en fluidSIM-P

Figura 9.3 Circuito de potencia en fluidSIM-P

95 4.7. Esquemas del circuito electrónico impreso

Figura 9.2 Disposición de los componente electrónicos en placa PCB

Figura 9.3 Esquema impreso de las pistas del circuito

96 4.8. Imágenes del módulo didáctico

Figura 9.6 Modulo didáctico vista lateral

Figura 9.7 Modulo didáctico vista frontal

97 4.9. Presupuesto de implementación del proyecto Tabla 8 Costeo de los componentes del módulo didáctico Componentes Precio 01 Bornera 01 Microcontrolador Pic 16f877a 01 Placa PCB 01 pulsador NC 01 Resistencia de 1/4 10k Ω 01Cristal circuito oscilador de 4Mhz 01Fuente de 12 volt DC 01Modulo CI L293D 02 Sensor óptico TCR5000 01Teclado matricial 4x4 02 Condensadores cerámicos de 22pF 02 Leds 02 metros de Cable Flex 02 Motores reductor de 3 a 6 vol. DC 02 unidades CI 74LS47 02 unidades display 7 segmento 14 Resistencias de 1/4 330Ω Bastidor de la faja transportadora 01Buzzer 01Cautín eléctrico de 30 watts 01Programador USB Pickit 02 01Transistor bipolar 2N2222 01Válvula electroneumática 5/2 01Actuador de doble efecto Accesorios para neumática Coste total de proyecto

0.50s/ 13.00 s/ 8.00s/ 0.20s/ 0.10s/ 1.00s/ 10.00s/ 9.00s/ 12.00s/ 11.00s/ 0.20s/ 0.20s/ 3.00s/ 6.00s/ 2.00s/ 2.00s/ 0.70s/ 140.00s/ 2.00s/ 10.00s/ 65.00s/ 0.80s/ 80.00s/ 60.00s/ 20.00s/ 416.70s/

RESUMEN DEL TRABAJO

El presente trabajo comprende el estudio de los sistemas de trasporte basados en fajas, así como de las tecnologías orientadas a la automatización de procesos, que actualmente vienen siendo empleados en los ámbitos relacionados a la industria y el comercio, dedicados a la producción de un bien o prestación de un servicio.

La investigación, lleva como título; “Sistemas de bandas transportadoras” en esta se describen las diferentes máquinas electromecánicas, cuya trabajo es el de transportar de manera continua materiales, objetos, persona y hasta animales. El principio básico de funcionamiento consiste en una cinta sin fin más, que se desplaza por la acción de la fuerza angular de un motor eléctrico, sobre cuya superficie se transportan las cargas tanto horizontalmente como vertical. También abordamos la temática de las técnicas o tecnologías existentes para el control de procesos industriales, que posibilitan la automatización de los procesos de las industrias.

Los objetivos centrales de la investigación son: Primero, proporcionar información relevante acerca de las tecnologías de los sistemas de bandas transportadoras y sus sistemas de control en general, que sirva como antecedentes para investigaciones posteriores.

Segundo, el diseño e implementación de un módulo didáctico capas de ilustrar el principio de funcionamiento de las bandas transportadora industriales y a su vez sirva como material didáctica para la enseñanza y aprendizaje en el proceso educacional.

CONCLUSIONES

Como muchas da las invenciones del hombre las bandas transportadoras surgen, debido al crecimiento de la industria minera, por consiguiente a la premura del hombre de satisfacer una necesidad de transportar el carbón y otros minerales desde el interior de las minas hacia el exterior donde pudiesen ser procesadas.

En la actualidad se puede reafirmar que los transportador de banda ha dejado de ser un simple sistema de trasporte

de objetos para convertirse en base fundamental que posibilita la

automatización de procesos de las diferentes actividades industriales, así como la producción en serie que permite satisfacer las necesidades de las personas de un bien o servicio, aun precio asequible.

Los sistemas de bandas transportadoras en cargadas de transportar materiales a longitudes extensas es un tipo de trasporte superior porque el clase de energía eléctrica que utiliza reduce la emisión de gases contaminantes que dañan nuestro ecosistema, comparados a los sistemas de trasportes por camiones que utilizan hidrocarburos que emanan dióxido de carbono, monóxido de carbono, oxido de nitrato, sulfuro etc.

El tema de los sistemas de bandas transportadoras y en especial la automatización de una banda transportadora a través de Microcontroladores, es un matemática con cierto grado de complejidad que presenta la dificultad de ser enseñada en escuelas de educación secundaria.

RECOMENDACIONES

Incentivar la participación de los estudiantes de la especialidad de automatización industrial en los concursos de investigación aplicada que promueve el consejo nacional de ciencia, tecnología e innovación tecnológica CONCYTEC. Para obtener financiamiento que permita diseñar e implementar a mayor escala un sistema de banda transportadora automatizada que pueda ser empleado para la producción en serie de bienes que se confeccionan artesanalmente en las distintas especialidades de la facultad de tecnología.

Estudiar el tema de los sistemas de bandas transportadoras desde un enfoque comercial, que promueva el emprendedurismo, la idea de negocio, la constitución de una empresa.

Utilizar los microcontroladores PIC en la automatización de procesos de las bandas transportadoras por ser una alternativa económica y versátil, en el diseño de sistemas o de circuitos de control en contraste a los PLC.

Las seis prácticas pre profesionales de los estudiantes de la especialidad de automatización industrial deberían orientarse exclusivamente al nivel de educación superior como el de los CETPROS, Institutos y Universidades.

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ANEXOS

GLOSARIO

Maquina: Deriva del latín “machina”, se define como un artefacto conformado por un conjunto de piezas vinculados entre sí, de los cuales al menos uno es móvil, que aprovechan la energía que tiene para realizar un trabajo.

Motor: Un motor es la parte de una máquina capaz de hacer funcionar un sistema, transformando algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de realizar una tarea.

Proceso Industrial: Los procesos industriales, son actividades y operaciones que se llevan a cabo para transformar las características de las materias primas y convertirlas en diferentes clases de productos. Dichas características pueden ser de naturaleza muy variada tales como la forma, la densidad, la resistencia, el tamaño o la estética.

Proceso: Un proceso está definido como la sucesión de actos o acciones realizados con cierto orden, dispuesta con algún tipo de lógica, así como también al conjunto de fenómenos activos y organizados en el tiempo. Según el diccionario de la real academia española esta palabra es definida como la acción de ir hacia adelante, al transcurso del tiempo, al conjunto de las fases sucesivas de un fenómeno natural o de una operación artificial.

Servomecanismo: Un servomecanismo es un sistema formado de partes mecánicas, eléctricas, neumáticas e hidráulicas, cuyas partes son móviles o fijas. Capaces de regular su actividad u comportamiento.

Sistema: Un sistema es un conjunto de partes o elementos, organizadas y relacionadas que interactúan entre sí y que funcionan como un todo, para lograr un objetivo. Un sistema puede ser físico o concreto como una computadora, un televisor, un ser humano, o puede ser abstracto o conceptual como un software etc.

Torque: En términos técnicos “momento de Torsión” o “par motor” es la fuerza que producen los cuerpos de rotación. Dicho de otro modo, la capacidad o tendencia o de una fuerza de hacer girar un objeto alrededor de un eje, punto de apoyo, o de pivote.

Tracción: Se trata del acto y la consecuencia de tirar de una cosa con el objetivo de desplazarla o de conseguir que se mueva. En este sentido, se habla de tracción animal, para arrastrar un carro, un arado u otro dispositivo.