UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÍAS CARRERA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

PROYECTO DE TITULACIÓN PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE:

INGENIERO ELECTRÓNICO

TEMA:

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE EXTRUSORA DE NYLON PARA NUEVA LÍNEA THHN 120B, CON COMUNICACIÓN MODBUS Y CONTROL AUTOMÁTICO DE DIÁMETRO EN PLANTA INCABLE S.A.

AUTORES:

JONATHAN FARFÁN FIGUEROA ANDRÉS MADINYÁ RAMÍREZ

TUTOR:

ING. GABRIEL CASTRO RONQUILLO

GUAYAQUIL, JULIO 2016

DECLARATORIA DE RESPONSABILIDAD Nosotros, Jonathan Leonidas Farfán Figueroa con cédula de identidad #0923504757 y Andrés Alejandro Madinyá Ramírez con cédula de identidad #0925230690, estudiantes de la carrera de ingeniería electrónica, declaramos que el trabajo aquí descrito y los conceptos desarrollados, análisis realizados, las conclusiones del presente trabajo, son de exclusiva responsabilidad de los autores. Guayaquil, Julio de 2016 _____________________

_____________________

Jonathan Farfán Figueroa

Andrés Madinyá Ramírez

CI: 0923504757

CI: 0925230690

i

CERTIFICADO DE CESIÓN DE DERECHOS DE AUTOR Nosotros, Jonathan Leonidas Farfán Figueroa con cédula de identidad #0923504757 y Andrés Alejandro Madinyá Ramírez con cédula de identidad #0925230690, estudiantes de la carrera de ingeniería electrónica, manifestamos nuestra voluntad de ceder nuestros derechos de intelectualidad correspondiente a este trabajo a la Universidad Politécnica Salesiana, según lo establecido por la ley de propiedad intelectual y regida por su normativa institucional vigente. Guayaquil, Julio de 2016 ____________________

____________________

Jonathan Farfán Figueroa

Andrés Madinyá Ramírez

CI: 0923504757

CI: 0925230690

ii

CERTIFICACIÓN En calidad de tutor del trabajo de titulación “Diseño e implementación de extrusora de nylon para nueva línea THHN 120b, con comunicación Modbus y control automático de diámetro en planta INCABLE S.A.”, elaborada por Jonathan Farfán Figueroa y Andrés Madinyá Ramírez, declaro y certifico la aprobación del presente trabajo de titulación basándome en la supervisión y revisión de su contenido. Guayaquil, Julio 2016 _______________________ Ing. Gabriel Castro Ronquillo CI: 0907963243

iii

DEDICATORIA Dedico este proyecto, en primer lugar a Dios que ha sabido guiarme con sabiduría por buen camino y a cumplir con mis metas personales propuestas. A mis padres Vicente y Leida pilares fundamentales dentro de este largo camino, el cual se ha ido construyendo paso a paso de forma segura, también agradecer a mi hermana Belén y Ericka, una persona incondicional a lo largo de mi carrera, para y por todos ustedes este esfuerzo logrado hasta este día. Y por último dedicarle este logro a mi sobrina Emi una persona muy especial, que vino a alegrarnos la vida hace poco tiempo.

___________________________ Jonathan Farfán Figueroa

iv

DEDICATORIA Es un verdadero honor culminar satisfactoriamente esta etapa de mi vida como estudiante y poder dedicar este trabajo de titulación a todas aquellas personas muy importantes para mí y que me han acompañado desde siempre. Este trabajo está dedicado a Dios, por mostrarme sus designios, por amarme, darme una misión y traerme a este mundo. A mis padres, Catalina (+) y Gabriel, por el amor incondicional en los buenos y malos momentos, por su entrega de dar siempre lo mejor sus hijos, por los valores de hogar que me regalaron y que desde el cielo ella me sigue cuidando y educando. A mis hermanos, Gabriel y Daniel, por el amor incondicional y fraternidad que guardamos. A mis tías Mónica, Sandra y Alma, por su amistad y quienes desde siempre me han ayudado y acompañado y más en estos últimos años como verdaderas madres. A mis abuelos, Elsie, Anita y Nelson por sus historias y cariño, por quererme como a un hijo más. A mi familia de Voluntarios del Team 2014, que fue una decisión difícil de tomar, aplazar este paso en mi carrera para lanzarme a una aventura. En ellos siempre los recordé al momento de realizar este proyecto, esta demás decir que fueron mi motivación.

___________________________ Andrés Madinyá Ramírez

v

AGRADECIMIENTO Es verdaderamente gratificante poder dar las gracias a todas aquellos que me acompañaron durante esta etapa de vida universitaria. A mi compañero de proyecto Jonathan Farfán, por este tiempo de trabajo juntos y darme esta gran oportunidad de desenvolverme como verdadero profesional. A todos los profesores de la Universidad Politécnica Salesiana con la que tuve el honor de compartir buenos tiempos en las aulas de clase y quienes supieron transmitir es verdadero valor de educadores acompañándome durante mis años de estudio. A todos mis amigos y compañeros de aula, quienes regalaron su tiempo y atención para poder generar verdaderos lazos de amistad. A todos lo que conforman INCABLE S.A. a sus directivos en especial al Sr. Armando Barco, ex-gerente del Departamento de Mantenimiento, por confiar este proyecto a nosotros como practicantes y pre-profesionales. A los Señores, Luis Herrera y Vinicio Torres por el compañerismo mostrado y ayudarnos durante el desarrollo del proyecto. A la Ingeniera Yessica Armijos, por los consejos dados ante las inquietudes que surgieron en el proyecto. A todos los que conforman el Departamento de Mantenimiento. Andrés Madinyá Ramírez

vi

AGRADECIMIENTO Agradecer a todas aquellas personas que estuvieron cerca y apoyándome para culminar esta etapa que es muy dura y requiere de bastante esfuerzo y determinación, un camino largo que tuve que recorrer como es el de la universidad. A mi compañero de tesis Andrés Madinyá, quien con su determinación supo dirigir el grupo de trabajo para así conseguir concluir con éxito este proyecto. Agradecerle inmensamente a una persona, quien sin conocerme apostó por mí, provocando que pueda seguir estudiando y que no se queden truncadas mis metas a nivel universitario, que Dios lo mantenga siempre iluminado y haciendo el bien por los demás, gracias Ing. Arsenio Morillo. A todos mis compañeros de clases inmersos en este logro, ya que aparte de formar un grupo con vivencias divertidas, había tiempo también para realizar largas jornadas de estudio y trabajos en tiempos adversos en la universidad. A los profesores de la Universidad Politécnica Salesiana, aquellos que supieron darme un consejo en diferentes etapas de la vida universitaria. Y finalmente a todas las personas que conforman INCABLE S.A, quienes permitieron y apostaron sin dudar en la realización del proyecto, al tecnólogo Armando Barcos, a la Ingeniera Yessica Armijos, además de los Señores. Vinicio Torres y Luis Herrera quienes nos ayudaron incondicionalmente durante el proceso de desarrollo del proyecto. Jonathan Farfán Figueroa

vii

RESUMEN

Año

Alumno/s

2016 Jonathan Farfán F.

Director

Tema

Ing. Gabriel Castro

Diseño e implementación de extrusora de nylon para nueva línea THHN 120B, con comunicación Modbus y control automático de diámetro en la planta Incable S.A.

Andrés Madinyá R.

El presente proyecto tiene como objetivo general mejorar la línea de extrusión “120B” en la empresa INCABLE S.A. de la ciudad de Guayaquil, la cual no cuenta con una extrusora de nylon para poder elaborar conductores eléctricos de la gama cables coextusado THHN, situación que está generando demora en la elaboración de este producto por la alta demanda del mercado. Se analizó la infraestructura eléctrica y electrónica con la que cuenta la empresa, además su forma de estandarizar y automatizar la planta además de una línea de extrusión actual para poder seguir una misma normalización, como comunicación Modbus, PLC Telemecanique Modicon TSX3722 y controladores de temperatura de lazos, marca PARTLOW . Con la inclusión de la extrusora de nylon en la línea de extrusión citada INCABLE S.A. aumentará sus horas máquina de productos THHN, y gracias a su coextrusora que trabaja junto a la extrusora de PVC de la misma línea podrá crear conductores eléctricos bicolores de la gama THHN.

Palabras claves: automatización, THHN, extrusión, Modbus.

viii

ABSTRACT

Year

Students

Director

Theme

2016

Jonathan Farfán F.

Ing. Gabriel Castro

Design and implementation of nylon extruder for new line THHN 120B, with Modbus communication and automatic diameter control in the plant Incable S.A.

Andrés Madinyá R.

The objective of this proyect is to improve the extrusion line “120B " in the company INCABLE S.A. of the city of Guayaquil, which does not have a nylon extruder to produce electrical conductors of THHN coextruded wire range, a situation that is delay in the development of this product by the high market demand. The electrical and electronic infrastructure of the company was analyzed, along its way to standardize and automate the plant in addition to a current line of extrusion to follow the same standards as ModBus, PLC Telemecanique Modicon TSX3722 and loops temperature controllers, brand PARTLOW. With the inclusion of the nylon extruder in the extrusion line INCABLE S.A. will increase their hours THHN machine products, and thanks to his co-extruder which together with the extruder works the same line can create two color PVC electrical conductors of THHN range.

Keywords: automation, THHN, extrusion, Modbus.

ix

ÍNDICE GENERAL DECLARATORIA DE RESPONSABILIDAD............................................................... i CERTIFICADO DE CESIÓN DE DERECHOS DE AUTOR ....................................... ii CERTIFICACIÓN ..................................................................................................... iii DEDICATORIA ........................................................................................................ iv DEDICATORIA ......................................................................................................... v AGRADECIMIENTO ................................................................................................ vi AGRADECIMIENTO ............................................................................................... vii RESUMEN..............................................................................................................viii ABSTRACT ............................................................................................................. ix ÍNDICE GENERAL ................................................................................................... x ÍNDICE DE IMÁGENES ......................................................................................... xiv ÍNDICE DE TABLAS .............................................................................................. xiv ÍNDICE DE GRÁFICOS .......................................................................................... xv 1

Descripción del problema ...................................................................... 1

1.1

Antecedentes....................................................................................... 1

1.2

Importancia y Alcance .......................................................................... 2

1.3

Delimitación ........................................................................................ 3

1.3.1

Espacial .............................................................................................. 3

1.3.2

Temporal ............................................................................................. 3

1.3.3

Académica ........................................................................................... 3

1.4

Explicación del problema ...................................................................... 3

1.5

Objetivos ............................................................................................. 4

1.5.1

Objetivo general ................................................................................... 4

1.5.2

Objetivos específicos ............................................................................ 4

1.6

Justificación ......................................................................................... 5

1.7

Variables ............................................................................................. 5 x

1.7.1

Variables dependientes ......................................................................... 5

1.7.2

Variables independientes ...................................................................... 5

1.8

Diagrama de entradas y salidas. ............................................................ 6

2.

Fundamentación Teórica ...................................................................... 7

2.1

Descripción de la línea de Extrusión 120B .............................................. 7

2.2

Partes de línea de extrusión .................................................................. 7

2.2.1

Desbobinador ....................................................................................... 7

2.2.2

Orugas ................................................................................................ 7

2.2.3

Extrusora ............................................................................................. 8

2.2.4

Bandeja de Agua Caliente .................................................................... 8

2.2.5

Bandejas de enfriamiento ..................................................................... 8

2.2.6

Secador ............................................................................................... 8

2.2.7

Sistema de Medición de diámetro .......................................................... 8

2.2.8

Spark Tester ........................................................................................ 8

2.2.9

Impresoras ........................................................................................... 8

2.3

Bobinador ............................................................................................ 9

2.4

Descripción de la Extrusora de Nylon ..................................................... 9

2.4.1

Zona de temperatura ............................................................................ 9

2.4.2

Tornillo ................................................................................................ 9

2.4.3

Motor Principal ................................................................................... 10

2.4.4

Tolva................................................................................................. 10

2.5

El controlador PID .............................................................................. 10

2.6

Variador de frecuencia ........................................................................ 11

2.7

Controlador lógico Programable .......................................................... 11

2.8

Protocolo Modbus .............................................................................. 13

xi

2.9

Modo RTU ......................................................................................... 14

2.10

Paneles de operaciones HMI ............................................................... 14

2.11

Disyuntores ....................................................................................... 15

2.12

Ampacidad ........................................................................................ 15

3

Marco Metodológico ........................................................................... 16

3.1

Metodología ....................................................................................... 16

3.1.1

Método inductivo- deductivo ................................................................ 16

3.1.2

Método analítico ................................................................................. 16

3.1.3

Método sintético ................................................................................. 16

3.2

Implementación.................................................................................. 17

3.2.1

Implementación de extrusora de Nylon ................................................. 17

3.3

Descripción de la carga de la extrusora ................................................ 17

3.3.1

Calentadores de potencia ................................................................... 17

3.3.2

Los sopladores .................................................................................. 18

3.3.3

Motor principal ................................................................................... 18

3.3.4

Bomba de vacío ................................................................................. 19

3.3.5

Bomba de agua.................................................................................. 19

3.3.6

Módulo control de temperatura ............................................................ 20

3.4

Dimensionamiento de protecciones disyuntores y conductores eléctricos.20

3.5

Tableros Control y Fuerza ................................................................... 23

3.6

Creación de ventanas de control de extrusora HMI................................ 23

3.6.1

Ventana “control de temperatura” ........................................................ 23

3.6.2

Control de corrientes .......................................................................... 24

3.6.3

Control ON/OFF ................................................................................. 24

3.6.4

Set point ............................................................................................ 24

xii

3.6.5

Temperatura medida .......................................................................... 24

3.6.6

Indicador HEAT/COOL ....................................................................... 24

3.6.7

Indicador Termocupla ......................................................................... 24

3.6.8

Ventanas de Emergencia .................................................................... 25

3.6.9

Control de velocidad del motor de la extrusora ...................................... 26

3.7

Control de Temperatura la extrusora. ................................................... 27

3.7.1

Parámetros PID ................................................................................. 30

3.8

Comunicación Protocolo MODBUS. ..................................................... 32

3.8.1

Configuración física de la topología Modbus ......................................... 34

3.9

Medidores de Diámetro....................................................................... 34

3.10

Resultados ........................................................................................ 36

Pruebas y Resultados ...................................................................................... 38 Análisis de los resultados ................................................................................. 38 CONCLUSIONES............................................................................................ 39 RECOMENDACIONES .................................................................................... 40 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ................................................................. 41 PRESUPUESTO ............................................................................................. 42 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................. 44 ANEXOS ........................................................................................................ 46 Anexo 1. Diagramas de Control y Fuerza .......................................................... 46 Anexo 2. Programación Módulos Partlow (BCM Y LCM) ..................................... 65 Anexo 3. Programación del drive extrusora de nylon .......................................... 83 CITAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 92

xiii

ÍNDICE DE IMÁGENES Imagen 1. Composición de una extrusora de polímeros ........................................... 9 Imagen 2. Tornillo de una extrusora ....................................................................... 10 Imagen 3. Estructura interna de la unidad central de un autómata programable. .... 12 Imagen 4.Unidad central de un AP ......................................................................... 12 Imagen 5. Acceso de Datos en Modbus y el Modelo de Datos ............................... 13 Imagen 6. Ventana del Control de Temperatura de la extrusora de Nylon .............. 23 Imagen 7. Ventana Control de la línea .................................................................... 26 Imagen 8. Sistema de Identificación "IDENT" ......................................................... 29 Imagen 9. Diagrama de Bloques en Simulink ......................................................... 30 Imagen 10. Diagrama de Bloques en Simulink de la Zona 6. .................................. 30 Imagen 11. PID Tuner en Simulink de la Zona 6 ..................................................... 31 Imagen 12. Topología de la red MODBUS RTU ..................................................... 32 Imagen 13. Configuración MODBUS RTU en PLC Telemecanique Modicon TSX 3722 en la tarjeta PCM SCP 114 RS485 ................................................................ 33 Imagen 14. Configuración de dirección en Modbus ................................................ 33 Imagen 15. Ultima ventana de configuración de dirección Modbus en Modulo Partlow ................................................................................................................... 34 Imagen 16. Capa física, topología Modbus. ............................................................ 34 Imagen 17. Medidor de Diámetro Protón ................................................................ 35 Imagen 18. Micrómetro de digital Departamento de Control de Calidad ................. 37 Imagen 19. Medidor de diámetro Proton DG1030 ................................................... 37

ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Bloque de memoria ................................................................................... 14 Tabla 2. Características eléctricas de cada zona .................................................... 17 Tabla 3. Cálculo de Ampacidad de las resistencias por cada zona ......................... 18 xiv

Tabla 4. Características de los motores de los Sopladores ..................................... 18 Tabla 5. Características del motor principal ............................................................ 19 Tabla 6. Características del motor de la bomba de vacío........................................ 19 Tabla 7. Características del motor de la bomba de agua ........................................ 19 Tabla 8. Características técnicas del Partlow.......................................................... 20 Tabla 9. Intensidades máximas permanentes admisibles para cobre a 90C ........... 21 Tabla 10. Elección de conductores y disyuntores según Ampacidad de los equipos22 Tabla 11. Alarmas de la extrusora de nylon ............................................................ 25 Tabla 12. Funciones de transferencias ................................................................... 29 Tabla 13. Valores PID por zona .............................................................................. 31 Tabla 14. Comparación de datos medidos según Control de Calidad y medidor óptico ...................................................................................................................... 36 Tabla 16. Comparación de utilización de recursos antes vs ahora.......................... 38 Tabla 17. Cronograma de Actividades .................................................................... 41 Tabla 18. Presupuesto ............................................................................................ 42

ÍNDICE DE GRÁFICOS Gráfico 1. Diagrama de entradas y salidas ............................................................... 6 Gráfico 2. Proceso de Extrusión Línea 120B ............................................................ 7 Gráfico 3. Transmisión Modo RTU .......................................................................... 14 Gráfico 4. Relación Carga – RPM ........................................................................... 27 Gráfico 5. Diagrama de Bloque modelo de control. ................................................. 27 Gráfico 6. Comportamiento de temperatura ............................................................ 28

xv

Introducción INCABLE S.A. es una empresa ecuatoriana dedicada a la elaboración y comercialización de conductores eléctricos, ubicada en el 26 Km vía Perimetral, con experiencia de más de 30 años en el mercado. Cuenta con un Sistema de Gestión de Calidad ISO9001:2008. Además posee certificaciones INEN para sus productos. INCABLE S.A. trabaja desde su materia prima, como cobre y aluminio, para su posterior fabricación de los diferentes diámetros y protecciones según sea la demanda su mercado nacional e internacional. El proceso de fabricación del conductor eléctrico se da a partir de llegada de la materia prima desde la Planta Colada, que recibe el cobre en placas y las transforma en un alambrón con un diámetro de 20mm. Siendo su primer proceso el de trefilación para todo proceso de elaboración de conductor, este paso es el encargado de reducir el diámetro del alambrón a un diámetro de 0.32mm. Habiendo pasado por la trefiladora y haber reducido su diámetro, queda listo para pasar a las líneas de torsión, encargada de trenzar el alambre. Después del terminado del proceso de torsión, este se envía a la línea de extrusión, las cuales se encargan de recubrir el alambre con PVC y Nylon según se requiera. El proceso finaliza con el conteo en metros del producto que después se enrollan en una bobina para su almacenaje y posterior distribución. INCABLE S.A busca optimizar el proceso y mejorar la calidad del producto en una de sus líneas de extrusión, de THW (Thermoplastic, Heat and water resistant) a THHN (Thermoplastic, High Heat, Nylon coated). Se requiere incorporar una línea de recubrimiento de Nylon a una línea ya existente de recubrimiento de PVC y que trabajen de forma conjunta y así mejorará el producto mezclando los dos componentes que son el Nylon y el PVC. Actualmente al final del proceso de extrusión existen inconvenientes con el diámetro final de producto, porque se lleva un control de manera manual dirigido por el operador de la línea. Esto se debe corregir, ya que internamente la planta lleva un control de calidad, se desea automatizar el proceso.

1

1.1

Descripción del problema

Antecedentes

Dada la alta demanda recibida en INCABLE S.A. en los últimos años en productos de la gama THHN/THWN a nivel nacional e internacional es un imperativo del tiempo implementar otra línea de elaboración de esta clase de productos además de las que 2 que ya posee la planta la 120A y 95. Para poder cubrir la demanda en el menor tiempo posible y abarcar más peticiones de otros, INCABLE S.A. desea mejorar la línea de producción 120B que realizaba

1

solo productos THW a una línea más que no solo desarrolle THW sino también THHN/THWN. Para llegar a este cambio es necesario introducir una segunda extrusora en la línea 120B. Esta se encargara de agregar una capa de Nylon sobre la de PVC ya aplicada. INCABLE S.A. para desarrollar un cable coextusado de la gama THHN/THWN utiliza la línea 120B para elaborar el cable THW y sumado a esto utiliza la línea 95 que agregue la capa de nylon así obtener el producto THHN/THWW. Por este motivo INCABLE S.A. se ha visto en la necesidad de optimizar sus recursos incorporando una extrusora de nylon en la línea 120B motivo por el cual surge este proyecto. La línea de extrusión de productos THW (Thermoplastic, Heat and water resistant) elabora cable de cobre electrolítico suave aislado con PVC 75°C. Este acrónimo sin la “N” por el nylon. La capa de nylon parece como la pequeña cubierta de plástico sobre el PVC y protege al cable en una función similar. Sin la capa de nylon, el cable será un poco más barato, proveerá menos protección del ambiente al cable THW. Este actualmente es difícil de encontrar sin aprobaciones THHN y THWN porque están combinado uno de otro.

1.2

Importancia y Alcance

Con el planteamiento del proyecto, la modificación de la línea 120B, se producirá una nueva gama de conductores eléctricos, igualando en gran porcentaje los tiempos de fabricación con respecto a los productos anteriores, pero resaltando que tienen características diferentes, esto modificación se realizará debido a la demanda como se explicó anteriormente, ya que para realizar los pedidos de los productos THHN, se tenían que realizar varios procesos en varias de las líneas de producción, generando pérdidas de todo tipo, (monetario, de materia prima, producción). El proyecto pretende acabar con las pérdidas antes mencionadas, debido a que en una sola de estas líneas de producción se podrá elaborar el producto que el cliente requiera sin atrasar las producciones de otras líneas y que se tengan que reprogramar los tiempos de producción antes planificados. El proceso de este conductor requerirá de tres máquinas extrusoras, detalladas a continuación (coextrusora, extrusora de pvc y la nueva extrusora de nylon), se lograra un conductor bicolor THHN, que es lo que se está pidiendo de parte del mercado interno y externo.

2

1.3

1.3.1

Delimitación

Espacial

Este proyecto fue aplicado en la empresa INCABLE S.A, en el área de Producción en líneas de extrusión, ubicada en el 26 Km de la vía Perimetral, en la ciudad de Guayaquil. 1.3.2

Temporal

Se realizó este proyecto en el año 2016. 1.3.3

Académica

Se realizó con conocimientos adquiridos de las siguientes materias: instalaciones Civiles, Instalaciones Industriales, Teoría de Control I Teoría de Control II, Informática Industrial, Programación I, Programación II, Redes III Automatización I y Automatización II.

1.4

Explicación del problema

En la actualidad en la planta INCABLE S.A, se fabrica el cable bicolor THHN, provocando paralización de otras líneas para poder completar todo el proceso, viendo las molestias que causa completar el proceso se plantea la idea de mejora de una línea que pueda realizar todo el proceso, como lo es la línea 120B, ahora es la óptima para la modificación, debido a que es la única línea que posee la coextrusora, en donde se realiza cable bicolor, teniendo en cuenta todas estas variables, una de las interrogantes ahora será cuanta rentabilidad tendrá la línea con esta modificación y los beneficios de realizar el proyecto después de haberlo realizado, haciendo un análisis de producción la mejora que se va a tener con el proyecto va a suplir con las necesidades de tiempo y de costo de hombre – máquina que hasta ahora presenta la empresa, sin duda será una gran modificación ya que el costo de fabricación del cable THHN, no varía mucho y en precio final tampoco es mucha la diferencia, pero las especificaciones técnicas de cada uno de ellos es diferente, el conductor THHN es apto para ser utilizado en algunas condiciones de trabajo que el cable THW no lo tiene. Lo que implicaría este proyecto será el aumento de una máquina de extrusión adicional que será la encargada de colocar una capa de nylon, se realizará un control para poder registrar las temperaturas de la máquina, así como intervenir en el HMI para el correcto funcionamiento de la extrusora y que el operador no tenga problemas al momento de manipular las maquinas desde la pantalla, el diámetro del conductor se monitorea a través del medidor óptico digital que se colocará al final de la línea para vigilar el diámetro final del conductor, que no exista problemas al momento de realizar el proceso de control de calidad del cable, una propuesta innovadora que reducirá tiempos de fabricación del conductor en la planta, pudiendo abarcar cada vez más pedidos de conductores de la gama THHN.

3

La topología de comunicación para incluir el control de temperatura de la nueva máquina de extrusión será a través de comunicación MODBUS, escogida por estandarización de la empresa, la mayoría de las extrusoras en la planta cuentan con esta topología de comunicación, motivo por el cual se lo aplica para la comunicación de equipos (PLC - PARTLOW), de la nueva línea 120B.

1.5

Objetivos

1.5.1 

1.5.2

Objetivo general Realizar mejora de la línea de producción “120B” de la planta implementando una extrusora de nylon para crear cables de la gama THHN. Objetivos específicos



Crear nuevas ventanas en el HMI para el monitoreo (lectura y escritura).



Programar módulos PARTLOW, para controlar la temperatura de las diferentes zonas de la nueva línea.



Implementar comunicación MODBUS entre equipos: PLC Telemecanique y Módulos PARTLOW.



Programar alarmas de emergencias para control de la línea de producción.



Diseñar e implementar un diagrama de conexión de control y fuerza para la extrusora de Nylon.



Realizar un control PID para el control de temperatura en las diferentes zonas de la máquina de extrusión (8 zonas de trabajo incorporadas).



Programación de drive (variador de frecuencia), de extrusora nueva de nylon.



Implementar un control de diámetro automático para la nueva línea THHN en planta INCABLE S.A.



Garantizar que el control automático digital de diámetro, se ejecute en un 96% aproximadamente.

4

1.6

Justificación

Hasta agosto del 2015, INCABLE S.A. contaba con dos líneas de extrusión THHN, 120A y 95, Con este proyecto INCABLE S.A. añade otra línea de producción que cuente con dos extrusoras una de PVC y otra de Nylon, así podrán cubrir la demanda de este producto en menor tiempo. Además la línea 120B a comparación de la 120A y 95 es que cuenta con una coextrusora y puede producir conductores eléctricos de doble color como por ejemplo el cable de Tierra con sus colores amarillo y verde. Para INCABLE S.A. la implementación de una extrusora de nylon en la línea 120B sin duda va a aumentar la capacidad de producción de productos de la gama THHN/THWN. Al incluir una capa de nylon al conductor eléctrico THW este contaría con un sistema que mejore el aislamiento del conductor y su resistencia a factores externos (gases y aceites), producto de las dos capas, Nylon y PVC o más conocidos como THHN/THWN. En Agosto del 2015 este control se lleva con un calibrador mecánico, muy manual y depende mucho del operador que ejecute el cálculo y teniendo en cuenta cuando realice esta medición el no dañar el producto. Se pretende cambiar este sistema de medición de diámetro del cable de la línea. Teniendo en cuenta que el producto que ofrece INCABLE S.A. sujeto a normas de calidad satisface la demanda del consumidor es necesario que el diámetro del producto, para reducir el error humano, se lo lleve de una forma digital. La extrusora deberá poder ser controlada por medio del PLC de la línea a través de su interfaz Humano/Máquina, una pantalla táctil, las zonas de temperatura y velocidad de giro de su tornillo.

1.7

1.7.1

Variables

Variables dependientes

Diseño e implementación de extrusora de nylon para nueva línea de THHN 120B con comunicación MODBUS y control del diámetro para la empresa INCABLE S.A. 1.7.2

Variables independientes

Complementar el desenvolvimiento de los operadores de la línea 120B de la empresa INCABLE S.A. con la nueva extrusora.

5

1.8

Diagrama de entradas y salidas.

Gráfico 1. Diagrama de entradas y salidas

ENTRAD ENTRADAS ENTRADAS

CONTROL MODULO DE TEMPERTATURA

PLC

ENTRADA ANALOGICA DE SETPOINT DE VDF DE EXTRUSORA DE PVC

SALIDA ANALÓGICA DE VDF DE MOTOR PVC.

ENTRADA ANALOGICA DE SETPOINT DE VDF DE EXTRUSORA DE NYLON

ENTRADA ANALOGICA DE SETPOINT DE VDF DE ORUGA 1 ENTRADA ANALOGICA DE SETPOINT DE VDF DE ORUGA 2

SALIDAS

SALIDA ANALÓGICA DE VDF DE MOTOR NYLON.

Sistema Automático / Manual

ENTRADAS DIGITALES DE PROCESO DE LINEA DIAMETRO DE CONDUCTORES ENTRADAS ANALOGICAS PARA SETEO DE TERMOCUPLAS

6

SALIDAS DIGITALES DE SECUENCIAS LOGICAS.

2.

Fundamentación Teórica

2.1

Descripción de la línea de Extrusión 120B

Esta línea de producción está ayudada por diferentes equipos y máquinas que hacen posible desarrollar los productos de la gama THHN. Este proceso cuenta con el siguiente modelo: Gráfico 2. Proceso de Extrusión Línea 120B

Desbobinador

Oruga de arrastre

Extrusora PVC + Coextrusora

Extrusora Nylon

Sistema medicion de diametro

Secador

Bandeja de enfriamiento

Bandeja Agua Caliente

Impresora

Spark Tester

Bobinado

2.2

2.2.1

Partes de línea de extrusión

Desbobinador

El desbobinador es una estructura mecánica sobre el cual se coloca una bobina de cable desnudo que a su vez alimenta a la línea de producción, posee un sistema de freno para no conseguir una velocidad que no sea necesaria durante la producción. 2.2.2

Orugas

La oruga de arrastre es una máquina que tensiona y arrastra el cable a través de la línea. Efecto que se consigue presionando el cable mediante dos bandas de caucho, posee varios cilindros neumáticos a lo largo de la faja lo que hace que sujeten el cable y lo arrastren a medida que va girando la cinta.

7

2.2.3

Extrusora

La Extrusora es una máquina encargada de calentar el polímero de nylon o pvc colocada en la tolva, esto se logra a través del giro interno de un tornillo sin fin, y al pasar por las cámaras que se encuentran a temperaturas altas. 2.2.4

Bandeja de Agua Caliente

La bandeja de agua caliente es un recipiente que contiene agua a temperatura de 60 grados Celsius que ayuda a compactar el Nylon al PVC. 2.2.5

Bandejas de enfriamiento

La bandeja de enfriamiento es un recipiente que contiene agua a temperatura ambiente la cual permite que reducir la calentura del PVC y Nylon para que al momento de ser almacenadas en las bobinas se encuentre en condiciones manejables. 2.2.6

Secador

El secador es el equipo encargado de eliminar restos de agua proveniente de la bandeja de enfriamiento. 2.2.7

Sistema de Medición de diámetro

El sistema de medición de diámetro se encarga de dar un valor numérico relacionado con el diámetro del producto. Este dato se puede obtener usando medidores digitales como por rayos infrarrojos o instrumentos mecánicos como los calibradores. 2.2.8

Spark Tester

Es un equipo electrónico encargado de realizar pruebas y de encontrar deficiencias durante el proceso de elaboración del conductor. Este equipo genera un alto voltaje por el orden los Kilovoltios [Kv] los cuales son ajustados dependiendo del producto que se esté elaborando. 2.2.9

Impresoras

La impresora es un dispositivo encargado de grabar un texto en el producto. Esto ayuda a identificar por la leyenda las especificaciones técnicas del producto como calibre del conductor, cuantos conductores hay si se trata de un cable concéntrico, temperatura máxima de exposición, voltaje máximo entre otras características.

8

2.3

Bobinador

Es estructura que tiene un eje rotatorio encargado de gira la bobina donde el producto elaborado de la línea se almacena.

2.4

Descripción de la Extrusora de Nylon

Imagen 1. Composición de una extrusora de polímeros

2.4.1

Zona de temperatura

La extrusora de nylon de la línea 120B cuenta con ocho zonas de temperatura, cinco de estas se encuentran en el cuerpo de la extrusora y tres más ubicadas en el cabezal de la misma extrusora. Estas se zonas de temperatura se le induce calor por medio de calentadores de potencia o llamadas también comúnmente como resistencias, para elevar la temperatura de cada zona. También cuenta con sopladores o blowers inyectando viento a la zona para poder bajar la temperatura. 2.4.2

Tornillo

Los autores (Beltrán & Marcilla, 2012) consideran que: El tornillo o husillo consiste en un cilindro largo rodeado por un filete helicoidal. El tornillo es una de las partes más importantes ya que contribuye a realizar las funciones de transportar, calentar, fundir y mezclar el material, en este caso nylon. La estabilidad del proceso y la calidad del producto que se obtiene dependen en gran medida del diseño del tornillo. Los parámetros más importantes en el diseño del tornillo son su longitud (L), diámetro (D), el ángulo del filete (Ɵ) y el paso de rosca (w). (Beltrán & Marcilla, pág. 107)

9

Imagen 2. Tornillo de una extrusora

Fuente: (Beltrán & Marcilla, 2012) 2.4.3

Motor Principal

El motor principal es un motor síncrono de corriente alterna encargada de hacer girar el tornillo por medio de unas poleas. Su velocidad de rotación es controlada a través de un Variador de Frecuencia. 2.4.4

Tolva

La tolva es un recipiente cónico donde el nylon en grano es previamente almacenado antes de pasar por el Dosificador. El grano de nylon tiene dos formas de llegar a la tolva, una manera manual, que es cuando el operador tiene que hacer un esfuerzo físico, para depositar el saco sobre éste, la otra es una forma automática a través de un succionador, el grano es colocado en un tacho que se encuentra en el suelo y a través del succionador es transportado hacia el recipiente, esto hasta que se llene la tolva.

2.5

El controlador PID

Los autores (Åström & Hägglund, 2009) consideran que: El controlador PID es con mucho el algoritmo de control más común. La mayoría de los lazos de realimentación se controlan mediante este algoritmo u otro con pequeñas variaciones. Se implementa de muchas formas diferentes, como un controlador único o como parte de un paquete DDC (Control Digital Directo) o un sistema de control de procesos distribuido jerárquico. Muchos miles de ingenieros de instrumentación y control en todo el mundo están usando tales controladores en su trabajo diario. La versión de libro de texto del algoritmo PID se puede describir como:

10

1 𝑡 𝑑𝑒(𝑡) 𝑢(𝑡) = 𝐾(𝑒(𝑡) + ∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡 + 𝑇𝑑 𝑇𝑖 0 𝑑𝑡 Donde u es la señal de control y 𝑒 es el error de control (𝑒 = 𝑦𝑠𝑝 − 𝑦). La señal de control es así una suma de tres términos: el término-P (que es proporcional al error), el término-I (que es proporcional a la integral del error), y el término-D (que es proporcional a la derivada del error). Los parámetros del controlador son la ganancia proporcional 𝐾, el tiempo 𝑇𝑖 y el tiempo derivativo 𝑇𝑑 . (Åström & Hägglund, págs. 67-68) 2.6

Variador de frecuencia

El autor (Alvarez Pulido, 2000) considera que: Un convertidor de frecuencia es un aparato destinado a modificar la frecuencia, por lo tanto, la velocidad, de un motor de inducción asíncrono; es decir que genera una corriente alterna con la frecuencia de la tensión necesaria para adicionar dicho motor corriente alterna. El convertidor de frecuencia permite modificar el valor de la frecuencia para hacer que el motor gire a más o menos velocidad, independientemente de la frecuencia con de que disponga la red de alimentación. (Alvarez Pulido, págs. 1-2)

2.7

Controlador lógico Programable

El autor (Roldan Viloria, 2011) considera que: El autómata programable PLC (Programmable Logic Controller), también denominado API (Autómata Programable Industrial), es un conjunto de elementos industriales que constituyen un equipo electrónico a través del cual pueden controlarse a tiempo real procesos secuenciales para aplicaciones industriales de muy diversos tipos. El PLC es el corazón actual de la automatización de instalaciones ya que es el elemento al que llega y controla la información y después distribuye las señales a los actuadores para que ejecuten órdenes de realización. (Roldan Viloria, pág. 208)

11

Imagen 3. Estructura interna de la unidad central de un autómata programable.

Fuente: (Roldan Viloria, 2011) Imagen 4.Unidad central de un AP

Fuente: (Roldan Viloria, 2011)

12

2.8

Protocolo Modbus

Según la (Corporation National Instruments, 2014) considera que: Modbus es un protocolo de solicitud-respuesta implementado usando una relación maestro-esclavo. En una relación maestro-esclavo, la comunicación siempre se produce en pares, un dispositivo debe iniciar una solicitud y luego esperar una respuesta y el dispositivo de inicio (el maestro) es responsable de iniciar cada interacción. Por lo general, el maestro es una interfaz humano-máquina (HMI) o sistema SCADA y el esclavo es un sensor, controlador lógico programable (PLC) o controlador de automatización programable (PAC). El contenido de estas solicitudes y respuestas, y las capas de la red a través de las cuales se envían estos mensajes, son definidos por las diferentes capas del protocolo. Imagen 5. Acceso de Datos en Modbus y el Modelo de Datos

Fuente: (Corporation National Instruments, 2014) Los datos disponibles por medio de Modbus son almacenados, en general, en uno de los cuatro bancos de datos o rangos de dirección: bobinas, entradas discretas, registros de retención y registros de entrada. Al igual que con gran parte de la especificación, los nombres pueden variar dependiendo de la industria o de la aplicación. Por ejemplo, los registros de retención pueden denominarse como registros de salida y las bobinas pueden denominarse como salidas digitales o discretas. Estos bancos de datos definen el tipo y los derechos de acceso de los datos contenidos. Los dispositivos esclavos tienen acceso directo a estos datos, los cuales son alojados localmente en los dispositivos. Los datos disponibles por medio de Modbus generalmente son un subconjunto de la memoria principal del dispositivo. En contraste, los maestros Modbus deben solicitar el acceso a estos datos a través de diversos códigos de función. El comportamiento de cada bloque se describe en la Tabla 1. (Corporation National Instruments, págs. http://www.ni.com/white-paper/52134/es/)

13

Tabla 1. Bloque de memoria Bloque de Memoria Bobinas Entradas Discretas Registros de Retención Registros de Entrada

Tipo de Datos Booleano Booleano Palabra Sin Signo Palabra Sin Signo

Acceso de Maestro Lectura/Escritura Solo Lectura Lectura/Escritura

Acceso de Esclavo

Solo Lectura

Lectura/Escritura

Lectura/Escritura Lectura/Escritura Lectura/Escritura

Fuente: (Corporation National Instruments, 2014)

2.9

Modo RTU

Según (Schneider Electric, 2014) considera que: El modo de transmisión utilizado es el modo RTU. La trama contiene ningún byte de cabecera del mensaje, ni fin de bytes del mensaje. Gráfico 3. Transmisión Modo RTU

DIRECCIÓN DE ESCLAVO

CÓDIGO A SOLICITAR

DATOS

CRC16

Fuente: (Schneider Electric, 2014) Los datos se transmiten en código binario. CRC16: parámetro de comprobación de redundancia cíclica. El final de la trama se detecta en un silencio mayor que o igual a 3,5 caracteres. (Schneider Electric, pág. 28)

2.10 Paneles de operaciones HMI

Los autores (Rodriguez Fernández, Cerdá Filiu, & Bezos Sánches-Horneros, 2014) consideran que: Los paneles de operación son unos periféricos destinados a interactuar con el operario. A veces este tipo de dispositivos se les denomina HMI (Human Machine Interface). Estos paneles o consolas se componen de dos partes: una parte es la encargada de visualizar información (tales como la situación 14

de una máquina o proceso, alarmas, etc.) y otra parte es la encargada de recoger información que proporciona el operario (dar alguna orden concreta) mediante un conjunto de teclas. Existen dos tipos de pantallas: las pantallas alfanuméricas, que proporcionan información en formato texto; y las pantallas gráficas, que proporcionan información en formato gráfico. Estas pantallas se combinan con una serie de teclas, aunque actualmente, los paneles más modernos integran ambas funciones mediante las pantallas táctiles. (Rodriguez Fernández, Cerdá Filiu, & Bezos Sánches-Horneros, pág. 315)

2.11 Disyuntores (Empresa Eléctrica Pública de Guayaquil, 2012) “Se entiende por disyuntor al interruptor provisto de dispositivos para la desconexión automática en caso de sobrecarga o corto circuito en la respectiva instalación“ (pág. 13)

2.12 Ampacidad (Empresa Eléctrica Pública de Guayaquil, 2012) “La Ampacidad es la máxima corriente en amperios que un conductor o equipo puede transportar continuamente bajo condiciones específicas de uso, sin exceder su límite de temperatura”. (pág. 14)

15

3

Marco Metodológico

La implementación de la nueva línea trae consigo una serie de pasos lógicos previo a ser ejecutada, se realiza estudios sobre el principio de funcionamiento de la máquina y de todo el proceso de producción, se analiza el entorno previo a donde va a ser colocada, prediciendo varios factores que no se conviertan después en problemas al haber culminado el proyecto, entendido esto, se procedieron a realizar cálculos teóricos, para efectuar la compra de equipos los cuales serán colocados durante el montaje de la línea. Durante el proceso de montaje, se aprovecha también para reacomodar los equipos dentro del tablero de la extrusora de pvc, ya que se encontraban desordenados, esto como un valor agregado para con la empresa. Una vez culminado con todo el proceso de instalación se empieza a realizar modificaciones en el programa del PLC y el HMI, agregando las variables necesarias para el funcionamiento de la nueva extrusora, se procede a realizar todas las pruebas necesarias para lograr un óptimo resultado final. Se formaliza la entrega de la nueva línea a las entidades de la planta INCABLE S.A.

3.1

3.1.1

Metodología

Método inductivo- deductivo

A partir del estudio de funcionamiento y comportamiento de las extrusoras de polímeros utilizadas en la empresa INCABLE S.A. se implementa una extrusora de nylon con el fin de mejorar la línea de producción 120B.

3.1.2

Método analítico

Con el fin de satisfacer la demanda del mercado se desarrolla una nueva línea de productos THHN/THWN en la empresa INCABLE S.A.

3.1.3

Método sintético

Una extrusora es una máquina que transforma materia de estado sólido a estado líquido. PLC Controlador lógico programable es un ordenador digital capaz de administrar y realizar funciones lógicas. Es un equipo muy utilizado en el área de automatización industrial.

16

HMI es un equipo como su nombre lo indica Interfaz humano máquina, realiza funciones de lectura y escritura de datos de un PLC parámetros previamente configurados.

3.2

3.2.1

Implementación

Implementación de extrusora de Nylon

Para proceder con la instalación de la extrusora de nylon para la nueva línea de THHN es necesario analizar tanto su forma de control y alimentación eléctrica. Para poder elegir cuidadosamente los equipos de protección y conductores eléctricos ideales. Para eso se comienza con el diseño y elaboración de los diagramas de fuerza y control de las máquinas. Los cuales se pueden revisar en el Anexo 1 a este informe.

3.3

3.3.1

Descripción de la carga de la extrusora

Calentadores de potencia

Los calentadores de potencia se clasifican en dos grupos, las que se encuentran en el cuerpo y las tres restantes en el cabezal. Los calentadores de potencia cuentan con especificaciones eléctricas de potencia, voltaje y resistencia los cuales se explican bien en la tabla 2. Tabla 2. Características eléctricas de cada zona Ubicación

Zonas

W/R [W]

W/Zona [W]

V/R [V]

V/Zona [V]

Ω/R [Ω]

Ω/Zona [Ω]

Cuerpo

1 2 3 4 5 6 7 8

3500 3500 3500 3500 3500 1200 920 2400

7000 7000 7000 7000 7000 1200 920 2400

460 460 460 460 460 220 220 220

460 460 460 460 460 220 220 220

59 59.1 58.9 58.6 59.6 74.5 116 36

29.5 29.5 29.5 29.5 29.5 37.1 58.1 36.6

Cabezal

Nota: [W]: vatios, [V]: voltios, [Ω]: ohmios, W/R: Potencia la resistencia; W/Zona: Potencia la zona; V/R: Voltaje de resistencia; V/Zona: Voltaje de zona; Ω/R: Resistencia; Ω/Zona: Resistencia de zona.

17

Para el realizar el cálculo de la 𝑉corriente por cada zona recordamos que la fórmula de la corriente monofásica 𝐼𝑙 = 𝑅𝑙 donde 𝐼𝑙 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙í𝑛𝑒𝑎 𝑉𝑙 es el voltaje de línea y R la carga. Tabla 3. Cálculo de Ampacidad de las resistencias por cada zona Ubicación Cuerpo

Cabezal

Zona 1 2 3 4 5 6 7 8

V/Zona [V] 460 460 460 460 460 220 220 220

Ω /Zona [Ω] 29.9 29.5 29.5 29.5 29.5 37.1 58.1 36.6

A/Zona [A] 15.59 15.59 15.59 15.59 15.59 5.93 3.79 6.01

Nota: [A]: amperios, [V]: voltios, [Ω]: ohmios

3.3.2

Los sopladores

Los datos de los motores de los sopladores de la extrusora lo encontramos sus respectivas placas y cuenta con las siguientes características: Tabla 4. Características de los motores de los Sopladores Zona

Potencia [HP]

1 2 3 4 5

0.25 0.25 0.25 0.25 0.25

Potencia [W] 186.5 186.5 186.5 186.5 186.5

RPM 1755 1755 1755 1755 1755

Corriente [A] 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32

Voltaje [V] 460 460 460 460 460

Nota: Nota: [W]: vatios, [V]: voltios, RPM: Revoluciones por minuto, HP: Caballos de Fuerza.

3.3.3

Motor principal

Los datos del motor principal de la extrusora lo encontramos en la placa del mismo y cuenta con las siguientes características:

18

Tabla 5. Características del motor principal Potencia [HP]

Potencia [W]

RPM

Corriente [A]

Voltaje [V]

100

74600

1755

126

460

Nota: Nota: [W]: vatios, [A]: amperios, [V]: voltios, RPM: Revoluciones por minuto, HP: Caballos de Fuerza.

3.3.4

Bomba de vacío

Los datos de la bomba del cabezal vacío de la extrusora lo encontramos en la placa del mismo y cuenta con las siguientes características: Tabla 6. Características del motor de la bomba de vacío Potencia [HP]

Potencia [W]

RPM

Corriente [A]

Voltaje [V]

1

746

1755

1.26

220

Nota: Nota: [W]: vatios, [A]: amperios, [V]: voltios, RPM: Revoluciones por minuto, HP: Caballos de Fuerza.

3.3.5

Bomba de agua

Los datos de la bomba de agua de la extrusora lo encontramos en la placa del mismo y cuenta con las siguientes características: Tabla 7. Características del motor de la bomba de agua

Potencia [HP]

Potencia [W]

RPM

Corriente [A]

Voltaje [V]

1

746

1755

1.26

220

Nota: Nota: [W]: vatios, [A]: amperios, [V]: voltios, RPM: Revoluciones por minuto, HP: Caballos de Fuerza.

19

3.3.6

Módulo control de temperatura

Para el control de temperatura se elige los Módulos Partlow usados generalmente en las otras máquinas extrusoras de la planta. Eligiendo el mismo modelo de control, se trata de estandarizar los equipos así los instrumentistas o programadores de la empresa no tienen que investigar sobre otros controladores más bien se especializa en un solo modelo. Estos cuentan con las siguientes características técnicas. Tabla 8. Características técnicas del Partlow

Potencia [W]

Corriente Voltaje [A] [V]

60

0.5

120

Nota: Nota: [W]: vatios, [A]: amperios, [V]: voltios.

3.4

Dimensionamiento de protecciones disyuntores y conductores eléctricos.

Se realiza una agrupación de las tablas, en la cual se observa los valores de corriente para elegir sus protecciones además del calibre de su conductor. Para elegir el calibre del conductor se toma datos de la tabla de intensidades máximas permanentes admisibles del libro Normas NATSIN del 2012. Para la elección del disyuntor tiene que contar una ampacidad no menor que la correspondiente a la demanda máxima de la carga instalada y no mayor del 125% de la ampacidad permisible del conductor utilizado. La capacidad interruptora del disyuntor debe ser mayor o igual que la máxima corriente de cortocircuito en sus terminales.

20

Tabla 9. Intensidades máximas permanentes admisibles para cobre a 90C Sección

Ampacidad

AWG 18

14

16

18

14

25

12

30

10

40

8

55

6

75

4

95

3

110

2

130

Fuente: (Natsim 2012)

21

Tabla 10. Elección de conductores y disyuntores según Ampacidad de los equipos

Equipo de control

Motores

Resistencias de potencia

Equipo Zona 1

Potencia [W] 7000

Voltaje [V] 460

Corriente [A] 15.59

Fases [Ø] 1

Cable AWG 12*

Disyuntor [A] 32

Zona 2

7000

460

15.59

1

12*

32

Zona 3

7000

460

15.59

1

12

32

Zona 4

7000

460

15.59

1

12*

32

Zona 5

7000

460

15.59

1

12*

32

Zona 6

1200

220

5.59

1

12*

15

Zona 7

920

220

3.79

1

12*

15

Zona 8

240

220

6.01

1

12*

15

Zona 1

186.5

460

0.32

3

18

**

Zona 2

186.5

460

0.32

3

18

**

Zona 3

186.5

460

0.32

3

18

**

Zona 4

186.5

460

0.32

3

18

**

Zona 5

186.5

460

0.32

3

18

**

Motor principal

74600

460

126

3

2

125

Vacío

746

220

1.26

3

18

**

Agua

746

220

1.26

3

18

**

Módulos Partlow

60

120

0.5

1

18

4

Nota:* Se eligió cable 12 AWG por motivos de posibles cambios de resistencias de potencia superiores.

** Su protección son relés térmicos.

Como resultado de esta tabla se puede reconocer claramente que existen las debidas protecciones eléctricas en ampacidad ya que los cables están bien dimensionados para la carga a la que se alimenta. Además de agregar protección ante siniestro de cortocircuitos con la elección de disyuntores.

22

3.5

Tableros Control y Fuerza

Una vez elegidos los elementos y equipos de control y protección se los procede a ubicar y conectar en los distintos tableros tal como se muestra en el diagrama incluido en el Anexo 1 que se encuentran en este mismo documento. INCABLE S.A. cuenta con la infraestructura adecuada para la alimentación y comunicación intertableros. Por lo que se utiliza los mismos canales, tanto para la fuerza como para el control, de la línea 120B.

3.6

Creación de ventanas de control de extrusora HMI

Con el programa Vijeo-Designer V5.0.1.419 SP2 419-417, se puede modificar el archivo antiguo del HMI, así se agrega ventanas para los diferentes controles que se debe de hacer como los siguientes:   3.6.1

Control de temperatura Control de velocidad Ventana “control de temperatura”

Para no crear inconvenientes entre los operadores de extrusoras en INCABLE S.A. hemos decidio tomar el diseño del control de las zonas de temperatura de PVC de la línea 120B. Agregando al diseño un botón de control de la zona. Imagen 6. Ventana del Control de Temperatura de la extrusora de Nylon

23

3.6.2

Control de corrientes

El control de la corriente es el valor que se recibe del Módulo de Control Partlow. Gracias a este valor se puede determinar según la corriente el estado de las resistencias.

3.6.3

Control ON/OFF

El Control ON/OFF es un interruptor de control como su nombre lo indica activa o desactiva el control las zonas. Así el operador puede elegir qué zona calentar o apagar según él lo vea necesario, por mantenimiento o limpieza. Este interruptor es una mejora que se plantea realizar ya que comparando con el de control de Temperatura de PVC no cuenta con esto, y la única forma de controlarlo es bajándole la temperatura de set point a menor de la temperatura ambiente de 29°C para que no caliente, pero cuando se coloca ese valor se encienden los sopladores. Por consecuente existe un consumo eléctrico no necesario.

3.6.4

Set point

El valor de set point es el valor en grados centígrados de temperatura que se desea alcanzar en la zona de la extrusora.

3.6.5

Temperatura medida

El valor de temperatura medida es la lectura en grados centígrados dada por la termocupla instalada en la zona.

3.6.6

Indicador HEAT/COOL

El indicador HEAT/COOL como su nombre lo muestra da el estado de la zona si esta calentado o enfriando.

3.6.7

Indicador Termocupla

El indicador de termocupla muestra la condición de estado del sensor de temperatura de la zona, el valor puede ser “abierto” u “OK”. “Abierto” indica que existe un problema con la termocupla y el estado “OK” muestra todo lo contrario, que está en buenas condiciones.

24

3.6.8

Ventanas de Emergencia

Las ventanas de emergencias son mensajes de sucesos o fallas que se produzcan en la línea. Visualizados en una tabla en orden cronológico según vayan ocurriendo. La línea 120B ya cuenta con alarmas programadas. Por lo que se agrega alarmas más de las actualmente configuradas. Para poder agregar las alarmas dentro de la configuración del HMI se necesitan ciertos parámetros como Grupo de alarma, Variable, origen de datos, dirección de dispositivo y el mensaje. El grupo de alarma es configurado dentro el HMI para juntar las alarmas como lo desee el administrador. El origen de datos es de la proveniencia si es “local” dentro del dispositivo o “externa” fuera del HMI. La dirección del dispositivo es el nombre de la “marca” que hace referencia a la memoria de otro dispositivo, por lo general es gestionada por le PLC. Para determinar las alarmas que se agregara se toma datos de acuerdo a las especificaciones de normal uso de la extrusora de nylon tales como:   

Las de temperaturas, el tornillo de la extrusora no debe de girar si la temperatura de todas las zonas es menor a 210°C. Estado de las termocuplas. Estado “ok” del variador.

Dentro del PLC se declaran las variables y marcas para la gestión de las alarmas y así puedan ser visualizadas en el HMI. Tabla 11. Alarmas de la extrusora de nylon

Condición

Mensaje

Dirección del dispositivo

Temperatura de zona 1 < 210. Temperatura de zona 2 < 210. Temperatura de zona 3 < 210. Temperatura de zona 4 < 210. Temperatura de zona 5 < 210. Temperatura de zona 6 < 210. Temperatura de zona 7 < 210. Temperatura de zona 8 < 210. Falla del variador de la extrusora. Termocupla zona 1 “abierta” Termocupla zona 2 “abierta” Termocupla zona 3 “abierta” Termocupla zona 4 “abierta” Termocupla zona 5 “abierta” Termocupla zona 6 “abierta” Termocupla zona 7 “abierta” Termocupla zona 8 “abierta”

“Temperatura de la zona 1 muy baja.” “Temperatura de la zona 2 muy baja.” “Temperatura de la zona 3 muy baja.” “Temperatura de la zona 4 muy baja.” “Temperatura de la zona 5 muy baja.” “Temperatura de la zona 6 muy baja.” “Temperatura de la zona 7 muy baja.” “Temperatura de la zona 8 muy baja.” “Falla en el variador de la extrusora de nylon. “Termocupla zona 1 “abierta” “Termocupla zona 2 “abierta” “Termocupla zona 3 “abierta” “Termocupla zona 4 “abierta” “Termocupla zona 5 “abierta” “Termocupla zona 6 “abierta” “Termocupla zona 7 “abierta” “Termocupla zona 8 “abierta”

%MF316 %MF318 %MF320 %MF324 %MF326 %MF328 %MF322 %MF330 MW30:X2

25

%MW185:X0 %MW185:X1 %MW185:X2 %MW185:X3 %MW185:X4 %MW185:X5 %MW185:X6 %MW185:X7

3.6.9

Control de velocidad del motor de la extrusora

Dentro del grupo de ventanas del HMI que cuenta en la programación antigua están la de “control de la línea” y “control de velocidad”. “Control de la línea” es aquella que activa/desactiva las máquinas que conforman toda la línea, como las orugas de arrastre, bobinador, etc. Y “Control de Velocidad” se configura la salida o carga que deben realizar de las máquinas. Imagen 7. Ventana Control de la línea

La carga que se le agrega a es un valor porcentual que se lo relaciona con la velocidad del motor. Se puede describir mejor esta relación en el gráfico 3. El mando de “Gusano sin Seguro” es un interruptor de seguridad necesario desactivarlo para el arranque del motor de la extrusora.

26

Gráfico 4. Relación Carga – RPM

RPM

CARGA - RPM 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 0%

1755 1580 1404 1229 1053 878 702 527 351 176

20%

40%

60%

80%

100%

CARGA

La velocidad de la extrusora es dada por el operador de la línea de forma manual. La velocidad de giro del tornillo depende de la relación de transmisión mecánica entre las bandas y la caja reductora. El operador coloca el valor de la carga según la cantidad de producto que sale por la boquilla la extrusora.

3.7

Control de Temperatura la extrusora.

Para el Control PID para las zonas de temperatura de la extrusora se determina que era necesario conocer la ecuación de la planta 𝐺(𝑠). Donde el set point es el valor que se desea alcanzar, los valores de proporcional, de integral y derivativos ayudan a alcanzar una estabilidad y el instrumento de medición permitirá conocer el estado de la señal. Gráfico 5. Diagrama de Bloque modelo de control.

Al no conocer la ecuación de la planta se usa una herramienta de cálculo de la misma, MATLAB. El programa “MATLAB proporciona un entorno de escritorio en sintonía para la ingeniería iterativo y flujos de trabajo científico herramientas integradas de apoyo a la exploración simultánea de datos y programas, lo que le permite evaluar más ideas en menos tiempo” (The MathWorks, pág. http://www.mathworks.com/products/matlab/features.html#matlab_is_designed_for_ engineers_and_scientists). 27

Para comenzar con el trabajo en MATLAB es necesario conocer cómo reaccionan las zonas de temperatura, cuando estas son activadas. Para ellos se toma una muestra de datos de las zonas de la extrusora. Tal como se muestra en el gráfico 6. Gráfico 6. Comportamiento de temperatura

Para obtener las funciones de transferencias de la máquina se eligen las zonas de estudio como la Zona 3, Zona 6, Zona 7 y Zona 8. La Zona 3 por ser de características similares a las de la zona 1 hasta la 5. Se ingresan las muestras seleccionadas en MATLAB. Una vez vectorizados los datos, se llama la herramienta “ident” la misma que ayuda a estimar una función en relación a los datos previamente ingresados.

28

Imagen 8. Sistema de Identificación "IDENT"

Fuente: MATLAB, 2016 Una vez obtenida la función en MATLAB procedemos a encontrar la función de transferencia de la misma en el dominio del tiempo obteniendo los siguientes resultados. Tabla 12. Funciones de transferencias

Zonas

Funciones de transferencias

1-5

𝐺3 =

1.013e − 05s − 2.039e − 05 s 2 + 0.03862s − 5.754e − 10

𝐺6 =

6

𝐺7 =

7

29

0.007632 s + 1.209e − 05 + 0.02225 𝑠 + 0.0002424

𝑠2

𝐺8 =

8

0.0002584 𝑠 − 1.479𝑒 − 08

0.0001176 s + 0.000291 𝑠 2 + 1.177𝑠 − 1.708𝑒 − 08

3.7.1

Parámetros PID

Para encontrar los parámetros PID (proporcional, integral y derivativo) que ayuden a estabilizar la planta para las diferentes zonas 3, 6, 7 y 8 se utiliza la herramienta de MATLAB llamada “SIMULINK”.

Imagen 9. Diagrama de Bloques en Simulink

Fuente: MATLAB, 2016 Simulink permite trabajar la planta y visualizar el comportamiento cuando se le aplica el control PID. Dentro de sus funciones cuenta con un sintonizador PID, el “PID Controller”, ayudando a determinar los valores adecuados según la respuesta deseada. Imagen 10. Diagrama de Bloques en Simulink de la Zona 6.

Fuente: MATLAB, 2016

30

Imagen 11. PID Tuner en Simulink de la Zona 6

Fuente: MATLAB, 2016 Una vez desarrollado estos pasos para las cuatro zonas de temperaturas se obtiene los siguientes resultados. Tabla 13. Valores PID por zona

Zona

1-5

Función de transferencia

𝐺3 =

P

I

D

1.013e − 05s − 2.039e − 05 s 2 + 0.03862s − 5.754e − 10

7877

392

30016

0.0002584 𝑠 − 1.479𝑒 − 08

12576

7607

0.0005

0.007632 s + 1.209e − 05 + 0.02225 𝑠 + 0.0002424

140.55

30

0.005

0.0001176 s + 0.000291 𝑠 2 + 1.177𝑠 − 1.708𝑒 − 08

11903

4422.81

3623.34

𝐺6 =

6

7

8

𝐺7 =

𝑠2

𝐺8 =

La programación de los parámetros PID en los módulos de lazo PARTLOW se encuentran en el Anexo 2 de este documento.

31

3.8

Comunicación Protocolo MODBUS.

Existe ya la implementación de comunicación Modbus RTU que utiliza entre los equipos PARTLOW y PLC Telemecanique Modicon TSX 3722 en la línea de extrusión 120 B solo para la extrusora de PVC, ahora con esta nueva extrusora de nylon se tiene que agregar una nueva unidad esclavo en la topología. Imagen 12. Topología de la red MODBUS RTU

Los parámetros de configuración de la red MODBUS RTU en le PLC Telemecanique tales como el tipo (maestro o esclavo), la velocidad de transferencia (19200), Datos RTU, bit de parada 1 y su dirección en Modbus 19. Para configurar la tarjeta PCM SCP 114 RS485 dentro del programa PL7 Pro hay que dirigirse a Station/Configuration/Hardware. Y dentro de las opciones channel 1.

32

Imagen 13. Configuración MODBUS RTU en PLC Telemecanique Modicon TSX 3722 en la tarjeta PCM SCP 114 RS485

Fuente: Schneider Electric, PL7 pro, 2016 Para configurar la dirección en MODBUS del PLC 1 en PL7 Pro hay que dirigirse PLC/define plc address/Options/Configuration for the drivers/modbus test. Y elegir MODBUS SERIAL/Slave Number: 1. Imagen 14. Configuración de dirección en Modbus

Fuente: Schneider Electric, PL7 pro, 2016 Y como último paso en la configuración el Módulo Partlow dentro de su configuración se encuentra la siguiente ventana.

33

Imagen 15. Ultima ventana de configuración de dirección Modbus en Modulo Partlow

Fuente: MLC 9000+, 2016 3.8.1

Configuración física de la topología Modbus

Para poder comunicar los módulos PARTLOW con el PLC en una topología MODBUS el tipo de conexión debe ser cruzada, de TX (emisor) a RX (receptor) para el caso de maestro a esclavo y viceversa. Hay que recalcar que en la comunicación MODBUS entre esclavos no se pueden comunicar por la topología física no lo permite Imagen 16. Capa física, topología Modbus.

3.9

Medidores de Diámetro

En el conductor eléctrico es muy importante que se lleve un monitoreo del diámetro del cable que sale de la extrusora, para que se garantice las especificaciones del producto que sale a la venta.

34

Para un control automático digital de diámetro se agrega un medidor óptico adicional a la línea así se garantiza una lectura confiable que no dependa de la lectura análoga con un dispositivo mecánico como es el calibrador “Vernier”. Imagen 17. Medidor de Diámetro Protón

Fuente: Proton, 2016

35

3.10 Resultados

Con la inclusión de la extrusora de nylon en la línea 120B se pueden crear conductores eléctricos de la gama bicolor THHN. Se diseñan e implementan los diagramas de fuerza y control eligiendo equipos de control ideales según la carga instalada con sus respectivas protecciones contra cortocircuitos y sobrecorriente. Para poder monitorear y controlar las zonas de temperatura de la extrusora así como también el motor principal se crean y modifican las ventanas del HMI optimizando el funcionamiento y sincronización de la línea. Con la ayuda de las herramientas Simulink, PID Tunner y el Sistema de Identificación del software MATLAB se puede diseñar un control PID para las zonas de temperaturas de la extrusora. Esta programación crea una estabilidad en las zonas según el seteo en el HMI que se realice en cada una de ellas. Se programa las alarmas de emergencia en el HMI así los distintos sucesos no deseados se visualizan para controlar la línea y prevenir daños en las máquinas. Se programa la comunicación MODBUS entre los módulos PARTLOW y el PLC Telemecanique Modicon TSX3722. Gracias a esta programación se amplía la topología ya existente Se programa el drive (variador de frecuencia) para el control de los motores para que se puedan manejar desde el HMI. Se implementa un equipo digital para censar el diámetro del producto extrusado, este garantiza una medición con un margen de error 0.5% del valor medido. El operador de la línea con la ayuda de este valor puede corregir parámetros como la velocidad de tornillo o la velocidad de la línea para ajustar al diámetro deseado. A continuación en la tabla 14 se realiza una comparación con valores medidos en el departamento de control de Calidad de INCABLE y con el medidor digital Proton DG1030. Tabla 14. Comparación de datos medidos según Control de Calidad y medidor óptico MEDICIÓN DE DIÁMETRO Equipo control de calidad [mm] 6.66 5.52 4.30 6.62 8.53 10.14

Medidor óptico [mm] 6.66 5.52 4.30 6.62 8.53 10.14 36

Medición Garantizada 100% 100% 100% 100% 100% 100%

Imagen 18. Micrómetro de digital Departamento de Control de Calidad

Fuente: Incable, 2016 Imagen 19. Medidor de diámetro Proton DG1030

Fuente: Proton, 2016

37

Pruebas y Resultados

Análisis de los resultados

Basado en lo que se propuso al comienzo del proyecto, actualmente se ha cumplido con lo antes mencionado, la línea se encuentra operativa, realizando producciones de los conductores de los cuales se tenía una alta demanda por el mercado interno y externo, la interfaz hombre – máquina, se mejoró y se crearon los botones indicados para el manejo adecuado de toda la línea de producción. El estudio que se realizó para obtener los valores adecuados de PID para el control de las zonas de calentamiento de la extrusora, es satisfactorio, fácilmente comprobado en el HMI, se puede visualizar el comportamiento de cada una de ellas, notándose que la programación realizada y la comunicación establecida fue la correcta. A medida que se realizaron las diferentes producciones nos pudimos dar cuenta de la mejora que se tuvo con el control de diámetro automático digital, a través de los equipos ópticos de lectura PROTON, y verificando que las lecturas de los diámetros sean los adecuados con respecto a los estándares de control de calidad de la empresa. Después de haber finalizado el proyecto y haber referenciado estos estos objetivos trazados al principio podemos decir que se cumplió con lo propuesto y requerido por la empresa INCABLE S.A, en donde se lo pudo desarrollar en su totalidad. En la siguiente tabla vamos a poder observar el tiempo ocupado antes vs el tiempo actual empleado por la línea 120B al elaborar el cable bicolor THHN. Tabla 15. Comparación de utilización de recursos antes vs ahora

Estado

Cantidad

Horas máquina

Línea de producción

Producción material

Antes

12000 m

Ahora

12000 m

2 horas 1 hora 2 horas

120B 95 120B

PVC Nylon PVC + Nylon

38

CONCLUSIONES El proyecto de implementación de la nueva máquina de extrusión de nylon en la línea de producción 120b, se genera a través de la necesidad de reducir costos durante el proceso de fabricación de los diferentes tipos de conductores que se producen en la planta, en varias de las líneas, además de la demanda de producto que exige el mercado, la cual es alta y el plazo de entrega es corto, optando por la modificación de la línea. Realizando el proyecto dentro de la planta en la línea 120b, vamos a mejorar la calidad del conductor, satisfaciendo las necesidades de los clientes, como se mencionó antes en un tiempo menor a como se realizaba antes el proceso, ya que obtendremos un solo producto final y no realizando varias veces el proceso en distintas líneas. Una vez terminado el proyecto se realizaron pruebas para validar el trabajo que se había realizado, se encendieron las diferentes zonas de la máquina de extrusión y se dio arranque en vacío al tornillo sin fin, se observaron que cada una de las zonas alcanzo la temperatura en la que se había seteado y el tornillo giraba sin ningún inconveniente eléctrico, una vez realizadas las pruebas en vacío, se realizaron las pruebas con material para observar el sincronismo de las tres máquinas en donde después se elaboraría un nuevo producto, dando como resultado un trabajo satisfactorio. Finalmente después de varios días de prueba la máquina fue entregada al gerente de producción para que comiencen con la fabricación del nuevo conductor eléctrico que saldría por la modificada línea 120b THHN.

39

RECOMENDACIONES En estas máquinas de extrusión hay que tener en cuenta el mantenimiento de los equipos de los cuales se componen, como por ejemplo citaremos algunos equipos a chequear rutinariamente:  Revisión de las resistencias de las zonas (desde la zona 1 hasta la zona 5), estas suelen aflojarse del barril debido a la vibración en el momento de estar en producción, efecto que se produce al dar vuelta el tornillo y derretir el polímero, también decir que se revisen las resistencia con una frecuencia de 3 meses y cuando la maquina no esté en funcionamiento, debido a que es una zona con temperaturas altas.  Revisión de los sensores de temperatura (termocuplas), estos elementos son vulnerables a golpes o que se estiren descuido de los operadores, comenzarán a dar una lectura errónea de temperatura, alertando a los operadores, tienen que estar fijas en sus bases y estando lo más cerca posible a la superficie del barril o también en las superficies de acero donde sean alojadas, dependerán si están en la cámara o en las zonas visibles y expuestas como el cuello y la cabeza de la extrusora.  Limpieza de los paneles eléctricos, es una planta que debido al proceso de fabricación de conductores, el ambiente está lleno de polvillo producido por el aluminio, cobre o el mismo polvo (suciedad), aunque están cerrados y posean extractores de aire suele irse acumulando polvo en su interior, esto a largo plazo provocara el mal funcionamiento de equipos eléctricoselectrónicos.  Elaborar una plantilla de consumos de los equipos para llevar un control adecuado de los mismos, ver el comportamiento durante la producción dentro de la planta.

 Realizar respaldo de los programas del PLC y del HMI, con la finalidad de cuando uno de estos equipos colapse, solo se lo deba cambiar y cargarse y no se pierda mucho tiempo.

40

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES En la siguiente tabla se detalle las actividades que se realizaron durante el diseño e implementación del proyecto. Tabla 16. Cronograma de Actividades Id

Nombre

Duración

1

LEVANTAMIENTO DE INFORMACION DE LINEA A IMPLEMENTAR HACER LISTA DE MATERIALES VERIFICACION DE MATERIALES PEDIDOS EN BODEGA LEVANTAMIENTO DE PANEL ELECTRICO DE EXT. 120B DESCONEXION DE PANEL DE EXTRUSORA 120B REORDENAMIENTO DE ELEMENTOS DENTRO DEL PANEL ELECTRICO DE EXT. 120B NUEVO CABLEADO DEL PANEL EXT. 120B ARMADO DE ELECTROCANALES Y DUCTOS METALICOS TENDIDO DE CABLES DE FUERZA, DE CONTROL Y DE COMUNICACIÓN PARA NUEVA LINEA DE NYLON CONEXIÓN DE TABLERO DE EXT. 120B FIJACION Y CONEXIÓN DE TABLERO DE LINEA THHN CONEXIÓN DE DRIVES DE MOTORES DE NUEVA LINEA PRUEBAS DE PROGRAMA MODIFICADO (PLC) DE LA NUEVA LINEA THHN REUBICACION Y REORDENAMIENTO DE TABLERO DE CONTROL DE DOSIFICADOR DE NYLON ENTREGA DE LINEA THHN A PRODUCCION

2 3

4 5 6

7 8

9

10 11 12 13

14

15

Comienzo

Fin

4 días

16/07/15 9:00

21/07/15 19:00

5 días

22/07/15 9:00 29/07/15 9:00

28/07/15 19:00 30/07/15 19:00

1

31/07/15 9:00 04/08/15 9:00 10/08/15 9:00

03/08/15 19:00 07/08/15 19:00 14/08/15 19:00

3

17/08/15 9:00 24/08/15 9:00

21/08/15 19:00 28/08/15 19:00

6

6 días

31/08/15 9:00

07/09/15 19:00

8

4 días

08/09/15 9:00 14/09/15 9:00 21/09/15 9:00 24/09/15 9:00

11/09/15 19:00 18/09/15 19:00 23/09/15 19:00 28/09/15 19:00

9

2 días

29/09/15 9:00

30/09/15 19:00

13

2 días

01/10/15 9:00

02/10/15 19:00

14

2 días

2 días 4 días 5 días

5 días 5 días

5 días 3 días 3 días

41

Predecesoras

2

4 5

7

10 11 12

PRESUPUESTO Para el este proyecto se ha adquirido los materiales detallados en la siguiente tabla. Tabla 17. Presupuesto ITEM

UNIDADES

PRECIO UNITARIO

TABLERO DE CONTROL DE EXTRUSORA 120B NYLON PANEL DE CONEXIONES DE 40X60"

1

$175.00

$175.00

1

$55.00

$55.00

VARIADOR DE FRECUENCIA SIEMENS SINAMIC 240E 75HP PARTLOW "MÓDULO DE BUS Y MÓDULOS DE LAZO"

1

$7,200.00

$7,200.00

1

$8,000.00

$8,000.00

1

$60.00

$60.00

3

$200.00

$600.00

5

$150.00

$750.00

8

FUENTE DE ALIMENTACIÓN PHOENIX 110VAC24VDC / 10AMP CONTACTORES SCHNEIDER ELECTRIC LC1D09 220V-6AMP ARRANCADOR SCNEIDER LUCA05, UNIDAD DE CONTROL Y CONTACTOS AUX. RELÉ DE ESTADO SÓLIDO HANYOUNG

8

$50.00

$400.00

9

BREAKERS DE CONTROL 2 POLOS-30A (RIEL DIM)

5

$18.00

$90.00

10

BREAKERS DE CONTROL 2 POLOS-15A (RIEL DIM)

3

$16.77

$50.31

11

BREAKER DE CONTROL 3 POLOS-4AMP (RIEL DIM)

1

$35.01

$35.01

12

BREAKERS DE CONTROL 3 POLOS-6AMP (RIEL DIM)

2

$35.01

$70.02

13

BREAKER DE CAJA MOLDEADA 3POLOS-125AMP

1

$137.14

$137.14

14

BREAKER DE CAJA MOLDEADA 3 POLOS-40AMP

1

$70.56

$70.56

15

RELÉS TÉRMICO 4 - 6AMP

3

$54.52

$163.56

16

RELAY DE CONTROL FINDER BOB:120VAC

3

$4.80

$14.40

17

8

$30.00

$240.00

18

TRANFORMADORES DE CORRIENTE 605 W1 25A/0,05A CABLE HIPERFLEX #3AWG

250

$6.40

$1,600.00

19

CABLE THHN #8AWG

250

$0.88

$220.00

20

80

$4.00

$320.00

21

CABLE DE TEMPERATURA DE FIBRA DE VIDRIO #10AWG CABLE CONCÉNTRICO 4X12 AWG

350

$6.25

$2,187.50

22

CABLE CONCÉNTRICO 4X18 AWG

300

$4.50

$1,350.00

23

CABLE DE COMUNICACIÓN 4X20 AWG

350

$3.00

$1,050.00

24

CABLE DE CONTROL PARA TERMOCUPLAS TIPO J

300

$3.25

$975.00

25

CABLE HIPERFLEX #2AWG

200

$7.00

$1,400.00

26

CABLE HIPERFLEX #8AWG

350

$4.75

$1,662.50

27

CABLE DE CONTROL # 14 AWG

100

$2.50

$250.00

28

CABLE DE CONTROL #18 AWG

100

$2.33

$233.00

29

CABLE DE CONTROL # 20 AWG

100

$2.15

$215.00

30

TERMINALES TIPO PUNTA CABLE #12 AWG

200

$0.30

$60.00

31

TERMINALES TIPO PUNTA CABLE #14 AWG

200

$0.30

$60.00

32

TERMINALES TIPO PUNTA CABLE #20 AWG

200

$0.22

$44.00

33

TERMINALES TIPO PUNTA CABLE #22 AWG

200

$0.22

$44.00

1 2 3 4 5 6 7

DESCRIPCIÓN

42

VALOR

34

TERMINALES TIPO U CABLE #12 AWG

100

$0.20

$20.00

35

TERMINALES TIPO U CABLE #14 AWG

100

$0.20

$20.00

36

10

$1.16

$11.60

10

$0.98

$9.80

100

$0.56

$56.00

39

TERMINALES DE COMPRESIÓN TIPO OJO PARA CABLE #3 AWG TERMINALES DE COMPRESIÓN TIPO OJO PARA CABLE #8 AWG TERMINALES DE ALTA TEMPERATURA TIPO OJO CABLE #10AWG TERMOCUPLAS TIPO J BAYONETA

10

$145.00

$1,450.00

40

BASE PARA TERMOCUPLAS TIPO J

10

$1.50

$15.00

41

TORNILLOS AUTOPERFORANTES 3X16"

300

$0.03

$7.50

42

BORNERAS CAMSCO AMP Max: 30A

100

$0.34

$34.00

43

CINTA DE PAPEL

44

CINTA AISLANTE 3M

45

CINTA AUTOFUNDENTE 3M

46

CINTA DE TEMPERATURA FIBRA DE VIDRIO

47

SILICÓN ROJO DE ALTA TEMPERATURA

37 38

5

$0.45

$2.25

20

$0.88

$17.60

5

$2.15

$10.75

10

$12.00

$120.00

5

$2.00

$10.00

SUBTOTAL

$31,566.50

IVA 12%

$3,787.98

TOTAL

$35,354.48

Por lo que se puede concluir de la tabla se ha gastado un total de treinta y cinco mil trescientos cincuenta y cuatro dólares con 48 centavos.

43

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Alvarez Pulido, M. A. (2000). Convertidores de frecuencia, controladores de motores y ssr. Barcelona: Marcombo S.A. Åström, K. J., & Hägglund, T. (2009). Control PID Avanzado. Madrid: PEARSON EDUCACIÓN, S.A. Bavister, S., & Vickers, A. (2011). Programacion neurolinguistica. Barcelona: Amat editorial. Beltrán, M., & Marcilla, A. (2012). Tecnologia de polímeros. Alicante,España: Diazotec S.A. Obtenido de http://www.slideshare.net/rdnas/extrusin Beltrán, M., & Marcilla, A. (2012). Tecnologia de polimeros procesados y propietarios. Mexico: Diazotec S.A. Bueno, P. (2014). Prepara y acondicionar los equipos principales e instalaciones auxiliares de la planta quimica. Málaga: ic editorial innovacion y cualificacion S.L. Cardenas, R., Taba, A., & Jimenez, J. (2011). extrusion y coextrusion de lamina. Germany: Gring verlag. Cifuentes, R. (13 de 05 de 2011). bibliotecadigital.univalle.edu.co. Obtenido de bibliotecadigital.univalle.edu.co: http://bibliotecadigital.univalle.edu.co/bitstream/10893/4727/1/CB0441201.pdf Corporation National Instruments. (16 de 10 de 2014). http://www.ni.com. Obtenido de National Instruments Corporation: http://www.ni.com/whitepaper/52134/es/ Domingo, J., Gámiz, J., & Martinez, H. (2011). Introduccion a los autonomos programables. Barcelona: graficas Rey, SL. Dormido, S. (2011). ingenieria de control moderna. Madrid: pearson. Empresa Eléctrica Pública de Guayaquil. (2012). Normas de acometidas, cuartos de transformadores y sistema de medición para el suministro de electricidad NATSIM. En E. E. Guayaquil, Normas de acometidas, cuartos de transformadores y sistema de medición para el suministro de electricidad NATSIM (pág. 118). Guayaquil.

44

García, A., Herrera, G., & Vázquez, D. (2011). Evolucion integral, un enfoque practico. México. Gómez, J., & Gutiérrez, J. (22 de 11 de 2011). repositorio.utp.edu.co. Obtenido de http://repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/1110/1/668413G633d.p df Moreno, J., Maldonado, J., & Portocarrero, J. (3 de 07 de 2011). Automatizacion del perfil de calientamiento de una extrusora de polimeros. Obtenido de file:///C:/Users/Windows7/Downloads/24-90-1-PB.pdf Rodriguez Fernández, J., Cerdá Filiu, L. M., & Bezos Sánches-Horneros, R. (2014). Automatismos Industriales. Madrid: Ediciones Parainfo, SA. Roldan Viloria, J. (2011). Automatismos Industriales. Madrid: Ediciones Parainfo, SA. Salán, N. (2011). tecnologia de proceso y transformacion de materiales. Barcelona: UPC DE CATALUNYA, SL. Sanchez, W., & Carvajar, M. C. (21 de 07 de 2011). repositorio.espe.edu.ec. Obtenido de http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/9175/1/ACESPEL-MEC-0031.pdf Schneider Electric. (11 de 2014). www.schneider-electric.com. Obtenido de Schneider Electric: http://www2.schneiderelectric.com/resources/sites/SCHNEIDER_ELECTRIC/content/live/FAQS/25 3000/FA253289/en_US/Intergrated%20Modbus%20manual.pdf The

MathWorks, I. (2016). http://www.mathworks.com/. Obtenido de http://www.mathworks.com/: http://www.mathworks.com/products/matlab/features.html#matlab_is_design ed_for_engineers_and_scientists

45

ANEXOS Anexo 1. Diagramas de Control y Fuerza

46

47

48

49

50

51

52

53

54

Dibujado por

Supervisado por

Diseñando por

A

S

R

LOS AUTORES

ING. GABRIEL CASTRO

E

Escala

Fecha

18/AGOSTO/2015

F

AUTOCAD ELECTRICAL 2015

K2

K1

D

SSZ140-2

C

SW1

LOS AUTORES

B

Dibujo

Proyecto

G

I

J

DIAGRAMA DE CONTROL DE LA BOMBA DE VACIO Y DE AGUA

IMPLEMENTACION DE EXTRUSORA DE NYLON, LIN EA 120B PLANTA INCABLE

H K

# Dibujo

Archivo

9

19

ANEXO - DIAGRAMAS

L

M N

O

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

55

56

Dibujado por

Supervisado por

Diseñado por

A

C

LOS AUTORES

ING. GABRIEL CASTRO

LOS AUTORES

MODULO ENTRADAS ANALOGAS VER PAGINA 17

B

D

Escala

Fecha

F

18/AGOSTO/2015

AUTOCAD ELECTRICAL 2015

E

Dibujo

Proyecto

G

I J K

L M

PLC TELEMECANIQUE TSX MICRO 3722

# Dibujo

IMPLEMENTACION DE EXTRUSORA DE NYLON, LINEA 120B PLANTA INCABLE

Archivo

11

19

ANEXO - DIAGRAMAS

COMUNICACION MODBUS RS485 (VER PAGIN A 10)

AUX

TER

COM

H N

O

9

8

7

6

5

4

3

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Anexo 2. Programación Módulos Partlow (BCM Y LCM) A continuación se detallara la programación de cada uno de los módulos de control BCM (módulo de control de bucle) y LCM (módulo de control de lazo). Paso 1. Abrir el software de programación mlc 9000+, en el cual se van a introducir los datos al controlador, una vez abierto el programa, se elige la opción create a new system Configuration, para comenzar a trabajar desde un archivo en blanco.

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Paso 2. Una vez que se creó el archivo en blanco nos va a salir una pantalla en donde se pueden elegir el BCM y los LCM, se escogen los tipos (series de cada uno de ellos), estos deben ser arrastrados hacia la ventana adjunta, respetando el orden primero deberá ser colocado un BCM y luego varios LCM.

Paso 3. Pasamos a la pestaña de configuración de los equipos, y comenzamos a introducir los datos para cada uno de ellos.

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Paso 4. Se da click en MODBUS Bus Module e inmediatamente aparacerá la siguiente ventana en donde agregaremos una direccion que para nuestro caso sera la 19.

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Paso 5. Le damos una velocidad de transmision, donde tenmos que ver la velocidad de la CPU (PLC), para sincronizar los equipos, para nuestro caso será 19200 que es la misma de la CPU.

Paso 6. Despues de haber configurado el BCM, pragramamos el LCM, aquí tenemos varias ventanas para ingresar datos como: loop configuration, output configuration y heater current, siendo estas las principales y donde trabajaremos, a continuacion veremos paso a paso en cada una de las imágenes como se configuraron los LCM en esta ventana loop configuration.

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Paso 7. Los siguientes datos será el tipo de control, esto lo describiremos en las siguientes imágenes, ventanas Output Configuration.

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Paso 8. La siguiente configuración es en la ventana de heater current Configuration, a continuación la programación.

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Paso 9. La configuración de programación es la misma para los 8 modulos, diferenciando en que las 5 primeras zonas las especificaciones técnicas son las mismas, por lo tanto el PID va a ser el mismo, a diferencia de los 3 ultimas en que el valor de potencia va a cambiar y va a ser diferente, a continuación se mostraran los datos en las imágenes adjuntas.

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PID del LCM 2.

PID del LCM 3.

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PID del LCM 4.

PID del LCM 5.

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PID del LCM 6.

PID del LCM 7.

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PID del LCM 8.

Paso 10. En la ventana adjunta se pueden ver los datos programados, read and write.

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Anexo 3. Programación del drive extrusora de nylon A continuación detallaremos como se programó el Drive de la extrusora de Nylon a través de Starter de Siemens. Paso 1. Inicializar Starter de Siemens

Paso 2. En la barra de herramientas damos clic en “Crear un nuevo proyecto”.

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Paso 3. En la barra de herramientas buscamos “nodos accesibles”, para encontrar al equipo conectado. Y procedemos a agregarlo al proyecto.

Paso 4. Nos dirigimos a Extrusora nylon 120B/extrusora de nylon/Control_unit/Entradas/Salidas. Dentro de esta ventana configuramos las entradas digitales como Run y Jog.

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Paso 5. Configuramos las entradas analógicas, tipo de configuración “entrada de tensión bipolar”.

Paso 6. Configuramos el hardware con controlará el equipo PM240 380-480 110KW. Y aceptamos dando clic en “adelante”.

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Paso 7. Revisamos los datos que concuerdes con el hardware que poseemos. Colocamos un visto en “iniciar asistente PeM”. Y finalizamos.

Paso 8. Una vez abierto la configuración PeM. Procedemos a revisar los siguientes datos como el tipo de regulación a “Control por UF con características lineal”. Y damos clic en “Adelante”.

Paso 9. En ajustes predeterminados dejamos en “sin cambios” y damos clic en “Adelante”.

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Paso 10. En “ajustes de accionamiento”. Elegimos el tipo de norma a “Motor NEMA (60Hz, unid. US)”. Y en la aplicación de etapa de potencia “Ciclo de carga con alta sobrecarga actos vectoriales”. Aceptamos dando clic en “Adelante”.

Paso 11. En “Motor” colocaremos el tipo de motor como “Motor asíncrono”. Aceptamos dando clic en “adelante”.

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Paso 12. En “Datos del Moto” colocaremos todos los datos que nos indica la placa del motor.

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Paso 13. En “Funciones de accionamiento” colocaremos “identificar datos motor en parada y en giro”. Así optimizará el giro de rotación.

Paso 14. En “parámetros importantes” colocaremos ciertos ajustes que pueden servir de alarmas cuando excedan estos valores según la placa del motor y sus características.

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Paso 15. En “cálculo de los datos” colocamos en cálculo completo.

Paso 16. Verificamos los datos ingresados en el “Resumen”. Y confirmamos y finalizamos la configuración del equipo. Queda listo para cargar el programa al CU.

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Ahora se visualiza el tipo de Control, su potencia y las características del motor.

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CITAS BIBLIOGRÁFICAS Los autores (Beltrán & Marcilla, Tecnologia de polimeros procesados y propietarios, 2012)consideran que: La extrusora actúa como una bomba, proporcionando la presión necesaria para hacer pasar al polímero a través de la boquilla. En otras ocasiones, se extruyen materiales sólidos, como es el caso del procesado de fibras en el que se requieren elevadas orientaciones en el material (Beltrán & Marcilla, pág. 100) Los autores (Gómez & Gutiérrez, 2011) consideran que: Hablando en términos matemáticos el trabajo de una extrusora puede obtenerse aplicando conjuntamente las ecuaciones correspondientes a las leyes de conservación de la masa, energía y numero de movimientos, con las cuales se describe el estado físico de un líquido a presión. (Gómez & Gutiérrez, pág. 29) Los autores (Cardenas, Taba, & Jimenez, 2011) consideran que: El proceso de extrusión y co-extrusión de lámina donde se halla una descripción del funcionamiento de una extrusora que enmarca su actuar, al igual que los subprocesos por los cuales el material plástico atraviesa para su transformación dentro de la maquina extrusora que permite entender los fenómenos físicos a los que se somete la materia prima. (Cardenas, Taba, & Jimenez, pág. 22) El autor (Bueno, 2014) considera que: Las materias primas son vertidas a la extrusora desde una tolva de recepción, donde se mezclan. Desde ahí, caen a una abertura, desde donde son obligadas a circular, a través de un conducto, mediante la aplicación de presión, obtenida de un sistema neumático o de un tornillo sin fin. A la salida del cilindro, se obliga a la masa de materia prima caliente a pasar a través de una boquilla con la forma deseada para nuestro producto. (Bueno, pág. 48) Los autores (García, Herrera, & Vázquez, 2011) consideran que: Dispositivo formado por un control de mando (que puede ser un PLC, un inversor o un sistema o juego de reveladores) un equipo motriz (como puede ser un servemotor o un motor de corriente directa) que le da el movimiento a las maquinas (extrusoras, impresoras, cortadores, etc.). Su función principal es el control de las variables tales como las revoluciones por minuto del equipo motriz (que se traducen a velocidad maquina), las dimensiones del producto a elaborar (como pueden ser ancho o largo). (García, Herrera, & Vázquez, pág. 240) 92

Los autores (Moreno, Maldonado, & Portocarrero, 2011) consideran que: El sistema implementado utilizan dos termocuplas convenientemente distribuidas a lo largo del cilindro; cada una de ellas envía una señal a un mirocontrolador, que fue programado para generar señales de control necesarias en función de los voltajes de entrada. Cada salida está encargada de activar un elemento calefactor ubicado en la zona de medida de la termocupla que general la señal de voltaje. (Moreno, Maldonado, & Portocarrero, pág. 71) El autor (Cifuentes, 2011) considera que: Para la extrusión de los diferentes termoplásticos, han sido desarrollados hoy diferentes geometrías de tornillo. La construcción del tornillo se rige en principio, de acuerdo con las etapas de la extrusión o según los pasos necesarios del procesamiento de la extrusión (Cifuentes, pág. 10) El autor (Cifuentes, 2011) considera que: Se diseñó un interface gráfica HMI, amigable y fácil uso para el operativo, en el cual muestra el estado actual de los elementos de la máquina, visualiza mensajes de alarmas, y escoge el tipo de envase a producir de forma que carga los tiempos de ciclo en el PLC, los mismo que se visualizan en la pantalla y son modificables, con la finalidad de reduciendo tiempos muertos en calibrar de dichos parámetros según el envases a producir. (Cifuentes, pág. 11) Los autores (Bavister & Vickers, 2011) consideran que: Programación provine de la ciencia del proceso de información, bajo la premisa de que la manera en que se almacena, se codifica y se transforma la experiencia es similar a como funciona el software en un PC. Suprimiendo, actualizando o instalando nuestro software mental, podemos cambiar la manera de pensar y, como resultado, la manera de actuar. (Bavister & Vickers, pág. 14) El autor (Salán, 2011) considera que: La dilatación que se produce a la salida de la extrusora será menos importante cuanto más tiempo haya permanecido el material bajo presión, por lo que es común que el diseño de los equipos de extrusión favorezca un mayor tiempo de permanencia en la zona de máxima presión (boquillas o matrices largas). Otra forma de reducir este efecto sería disminuir la velocidad de extrusión, con lo cual la presión sería menor y se incrementaría el tiempo de transito por la boquilla, o bien incrementando la temperatura de extrusión, lo que favorecería una disminución del carácter clásico de los polímeros. (Salán, pág. 136)

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El autor (Dormido, 2011) considera que: Utilizando controladores PID y una configuración con dos grados de libertad, es posible diseñar sistemas de control que satisfagan dos especificaciones independientes (algunas veces el conflicto entre sí, tales como las características o perturbaciones de entrada y a entradas de referencia). (Dormido, pág. 682) Los autores (Domingo, Gámiz, & Martinez, 2011) consideran que: La fuente de alimentación del PLC puede incorporar también una batería tampón para los módulos RAM de memoria con el fin de mantener el estado de relés internos, temporizadores, contadores, etc., así como el programa de usuario aunque la tensión de alimentación desaparezca. Se ha de tener precaución en estos autómatas y realizar un cierto mantenimiento para comprobar la vida de la batería (que en el peor de los casos tiene una vida media de 1 año aproximadamente y una vida máxima de unos 10 años). (Domingo, Gámiz, & Martinez, pág. 134)

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