DISEÑO PARA SIMULACIÓN DE UNA BANDA TRANSPORTADORA CLASIFICADORA

Daniel Alejandro Gallego Cárdenas

Felipe Trujillo Zuleta

Santiago Enel Acevedo Prada

Julio Casas

Fundamentos de Automatización

Universidad Nacional de Colombia

Sede Medellín

Departamento de Ingeniería Mecánica

2018-01
Introducción.

La palabra automatización engloba un amplio número de sistemas y procesos (por lo general

industriales) en los cuales se traza como objetivo minimizar la intervención humana, además
que dicho sistema debe ser “versátil o flexible”, ya que este se debe ajustar de distintas maneras
a los posibles cambios en el proceso en un momento determinado cuando esto se requiera.

Así entonces, podemos definir que la automatización no es un fenómeno que se ha presentado

solo en la actualidad o en épocas recientes, sino que desde los principios de la humanidad esta
se ha manifestado a través de la implementación de inventos como las poleas, ruedas o
palancas, las cuales se implementaron para mover objetos de gran peso que generalmente no
podían ser cargados por una persona, así se fueron presentado de manera paulatina tecnologías
que le permitieron al hombre llevar a cabo sus labores o procesos de manera que les implicaba
un menor esfuerzo, cuando se presentó la revolución industrial en la segunda mitad del siglo
XVIII, esto significó un gran salto en términos de la automatización, debido a la invención de las
máquinas impulsadas a vapor, desde esta fecha en el campo de la industria se han presentado
múltiples desarrollos que le han permitido mejorarse a sí misma, hasta el día de hoy en donde
el uso de robots en el proceso productivo permiten cumplir el objetivo de la automatización al
necesitar un menor número de trabajadores para llevar a cabo el proceso, dando además un
mayor monitoreo y control en aspectos como las condiciones del proceso y la calidad del
producto o servicio.

En el trabajo que se planea desarrollar aquí, se hará con el fin de implementar los conceptos y
mecanismos aprendidos durante el curso de Fundamentos de Automatización dictado por el
profesor Julio Casas, para la construcción de una banda transportadora, integrando además en
este el algebra booleana que gobierna el circuito, el diseño del circuito implementado en su
simulación.
Objetivos.

 Objetivo general.
Diseñar, construir y automatizar un modelo a escala que simule el proceso que realiza
una banda transportadora clasificadora de objetos ranurados.
 Objetivos específicos.
 Diseñar un circuito acorde a los requerimientos del sistema asignado.
 Construir un modelo a escala que represente el funcionamiento del dispositivo
asignado para este trabajo.
 Desarrollar la lógica programada a partir de la lógica cableada del modelo.
 Realizar el algebra booleana para mostrar de una manera más sencilla como es
el comportamiento de los componentes, tanto para el caso asignado.

Funcionamiento.

El proceso que describe el funcionamiento del modelo a escala construido para este trabajo es
el siguiente:

 En la primera etapa, las piezas se clasifican como tipo A (piezas con ranura al lado
izquierdo), tipo B (piezas con ranura al lado derecho) o tipo R (piezas defectuosas), todas
deben continuar en la banda después de pasar por esta etapa.
 En la segunda etapa, si la pieza fue clasificada como tipo A, esta es retirada de la banda
y almacenada por un actuador, además, continuarían sobre la banda las piezas que sean
de tipo B o tipo R.
 En la tercera etapa, si la pieza fue clasificada como tipo B, esta es retirada de la banda y
almacenada por el actuador, consecuente a esto las piezas sobre la banda que sean tipo
R continuarían en la banda.
 En la cuarta etapa, las pizas clasificadas como tipo R activarían una alarma de pieza
defectuosa, llegan al final de la banda, y se depositan en un contenedor exclusivo para
dichas piezas.

Notas: 1. Por la banda solo puede pasar de a una sola pieza a la vez, y esta debe terminar su
proceso de clasificación y extracción antes de que otra pieza sea colocada en la banda. 2. Cada
pieza es depositada en un contenedor exclusivo para su tipo.

Figurara 1. Tipo de piezas según sus ranuras. (autoría propia)

A continuación, en la figura 2 se muestra una representación para el modelo a escala construido

 Figurara 2. Representación gráfica del modelo escala construido.

Símbolo Logo Descripción del elemento

S0 I1 Pulsador de Parada y de Emergencia.
S1 I14 Pulsador de Inicio y Re-inicio en caso de haber Anomalía (Piezas tipo R).
S2 I5 Final de Carrera, para detectar las piezas tipo B.
S3 I6 Final de Carrera, para detectar la presencia de una pieza.
S4 I7 Final de Carrera, para detectar las piezas tipo A.
Final de Carrera, que nos dice que la pieza ha llegado a la posición para que el
S5 I8 Actuador A la almacene.
Final de Carrera, que nos dice que la pieza ha llegado a la posición para que el
S6 I9 Actuador B la almacene.
S7 I10 Final de Carrera, que nos cuenta el número de piezas que están yendo a Reciclaje.
Final de Carrera, que al presionarse nos da la señal que el actuador A esta
S8 I11 completamente dentro.
Final de Carrera, al presionarse nos da la señal que el actuador B está
S9 I12 completamente dentro.
Final de Carrera, que nos da la señal de que el actuador A esta completamente
S10 I13 afuera.
S11 Final de Carrera, que nos da la señal que el actuador B está completamente afuera.
h1 M7 LED, Alerta que el Contenedor para piezas "A" se ha llenado.
h2 M8 LED, Alerta que el Contenedor para piezas "B" se ha llenado.
h3 M9 LED, Alerta que la banda se ha frenado debido a una pieza anómala (Tipo "R").
M1 M2 Acciona la Banda.
M2 M3,M5 Acciona el actuador A.
M3 M4,M6 Acciona el actuador B.
Tabla 1. Elementos presentes en el modelo a escala y su descripción.

El funcionamiento del modelo una vez esté conectado a una fuente, empieza con la puesta en
marcha de la banda esto a través de accionar el pulsador S1, a continuación se ponen sobre la
banda las piezas sin importar de que tipo sean, luego cuando llegan al punto donde se
encuentran los finales de carrera S2, S3 y S4, continuo a esto, sucede el accionamiento de S3 y
S2 o S3 y S4, entonces, el sistema guarda la información de la señal entregada por estos finales
de carrera, luego las piezas accionan el final de carrera S5 o S6 respectivamente, a partir de esto
se clasificaran las piezas como tipo A o B, si la pieza no acciona S2 y S4 , pero S3 si, o se accionan
S2, S3 y S4 cuando la pieza llega, el sistema primero guarda la información de estas señal y luego
clasifica la pieza como tipo R. Una vez las piezas sean clasificadas si esta es de tipo A, al accionar
el final de carrera S5 el actuador A será impulsado por M2 para así depositar la pieza en su
respectivo contenedor. Para el proceso con las piezas tipo B, una vez estas sean clasificadas
como este tipo, y accionen el final de carrera S6 el actuador A será impulsado por M3 para así
depositar la pieza en su respectivo contenedor. Con las piezas tipo R, una vez que estas son
clasificadas se genera una señal que detiene la banda, a continuación un operario deberá
reactivar la banda de manera manual pulsando nuevamente S1, sin que esta reactivación genere
una nueva señal de pieza tipo R, y de este modo la pieza continuará su recorrido hasta el final
de la banda donde accionan el final de carrera S7, para que con la señal que genera este el
sistema cuente la cantidad de piezas que se están depositando en el contenedor de piezas
anómalas (tipo R).

Cuando los contenedores de piezas tipo A o tipo B estén llenas (3 piezas), se genera una señal
que bloquea la salida de los actuadores A o B (o ambas) dependiendo de cuál se halla llenado, y
así, si a la banda siguen llegando piezas de estos dos tipos estas serán transportadas al
contenedor de piezas de reciclaje, donde antes de llagar accionarán el final de carrera S7, y de
este modo se borra la información del sistema sobre la clasificación de estas piezas.

Álgebra de Boole.

Para aplicar lógica booleana, se considera que la clasificación de cada tipo de pieza se da en “una
sola etapa”, ya que los finales de carrera S5, S6 y S7, solo indican que determinado tipo de pieza
llego a la ubicación del final de carrera. Cuando la pieza es de tipo A o tipo B, y estas accionan
S5 y S6, estas a su vez generarán el accionamiento de los actuadores respectivos para terminar
con el proceso de clasificación. Es necesario que los actuadores estén en posición tal que los
finales de carrera S8 y S9 estén accionados.

Primero, se aborda el inicio del proceso con el encendido de M1.

S1 S0 KA19 y
1 0 0 M1
0 1 0 0
0 0 1 0
Tabla 2. Álgebra de Boole para el encendido del motor.

𝑀1 = 𝑆1 ∗ ̅̅̅
𝑆0 ∗ ̅̅̅̅̅̅̅̅
𝐾𝐴19
Ahora se procede a demostrar el álgebra de Boole para el funcionamiento de los actuadores.

KA13 KA8 KA10 y

1 0 0 0
0 1 0 0
0 0 1 0
1 1 0 M2
1 0 1 0
 1 1 1 0
Tabla 3. Álgebra de Boole para el avance del actuador que clasifica piezas de tipo A.

𝑀2 = 𝐾𝐴13 ∗ 𝐾𝐴8 ∗ ̅̅̅̅̅̅̅̅

𝐾𝐴10

KA8 KA10 y
1 0 0
0 1 M4
0 0 M4
Tabla 4. Álgebra de Boole para el retroceso del actuador que clasifica piezas de tipo A.

𝑀2 = 𝐾𝐴10 ∗ ̅̅̅̅̅̅
𝐾𝐴8 + ̅̅̅̅̅̅
𝐾𝐴8 ∗ ̅̅̅̅̅̅̅̅
𝐾𝐴10

KA15 KA9 KA11 y

1 0 0 0
0 1 0 0
0 0 1 0
1 1 0 M3
1 0 1 0
1 1 1 0
Tabla 5. Álgebra de Boole para el avance del actuador que clasifica piezas de tipo B.

̅̅̅̅̅̅̅̅
𝑀3 = 𝐾𝐴15 ∗ 𝐾𝐴9 ∗ 𝐾𝐴11

KA9 KA111 y
1 0 0
0 1 M4
0 0 M4
Tabla 5. Álgebra de Boole para el retroceso del actuador que clasifica piezas de tipo A.

𝑀5 = 𝐾𝐴11 ∗ ̅̅̅̅̅̅
𝐾𝐴9 + ̅̅̅̅̅̅
𝐾𝐴9 ∗ ̅̅̅̅̅̅̅̅
𝐾𝐴11

Lógica cableada.

Para la programación del circuito del modelo a escala se contemplan las siguientes variables:

Símbolo Elemento Descripción del elemento

S0 Pulsador Pulsador de Parada y de Emergencia.
Pulsador de Inicio y re-inicio en caso de haber anomalía (Piezas tipo
S1 Pulsador R).
S2 final de carrera Final de Carrera, para detectar las piezas tipo B.
S3 final de carrera Final de Carrera, para detectar la presencia de una pieza.
S4 final de carrera Final de Carrera, para detectar las piezas tipo A.
Final de Carrera, que nos dice que la pieza ha llegado a la posición
S5 final de carrera para que el Actuador A lo clasifique.
Final de Carrera, que nos dice que la pieza ha llegado a la posición
S6 final de carrera para que el Actuador B lo clasifique.
Final de Carrera, que nos cuenta el número de piezas que están
S7 final de carrera yendo a Reciclaje.
Final de Carrera, al presionarse nos dice que el actuador A esta
S8 final de carrera completamente dentro.
Final de Carrera, al presionarse nos dice que el actuador B está
S9 final de carrera completamente dentro.
Final de Carrera, nos dice que el actuador A está completamente
S10 final de carrera afuera.
Final de Carrera, nos dice que el actuador B está completamente
S11 final de carrera afuera.
h1 Bombilla led Alerta que el contenedor para piezas tipo A se ha llenado.
h2 Bombilla led LED, Alerta sobre que el contenedor para piezas tipo B se ha llenado.
Alerta que la banda se ha detenido debido a una pieza anómala (Tipo
h3 Bombilla led R).
M1 Bobina Genera movimiento de la banda.
M2 Bobina Genera avance del actuador clasificador de piezas tipo A.
M3 Bobina Genera avance del actuador clasificador de piezas tipo B.
M4 Bobina Genera retroceso del actuador clasificador de piezas tipo A.
M5 Bobina Genera retroceso del actuador clasificador de piezas tipo B
Asociada a M1 para generar movimiento de la banda después que
KA1 Bobina auxiliar esta se detiene para clasificar piezas.
KA2 Bobina auxiliar Asociada al final de carrera S2.
KA3 Bobina auxiliar Asociada al final de carrera S3.
KA4 Bobina auxiliar Asociada al final de carrera S4.
KA5 Bobina auxiliar Asociada al final de carrera S5.
KA6 Bobina auxiliar Asociada al final de carrera S6.
KA7 Bobina auxiliar Asociada al final de carrera S7.
KA8 Bobina auxiliar Asociada al final de carrera S8.
KA9 Bobina auxiliar Asociada al final de carrera S9.
KA10 Bobina auxiliar Asociada al final de carrera S10.
KA11 Bobina auxiliar Asociada al final de carrera S11.
KA12 Bobina auxiliar Señal de que la pieza accionó los finales de carrera S3 y S4.
KA13 Bobina auxiliar Señal que clasifica las piezas de tipo A.
KA14 Bobina auxiliar Señal de que la pieza accionó los finales de carrera S3 y S2.
KA15 Bobina auxiliar Señal que clasifica las piezas de tipo B.
Señal que dice que el contenedor de piezas tipo A está lleno, y no
KA16 Bobina auxiliar permite que la bandeja clasifique hasta no reiniciar el sistema.
Señal que dice que el contenedor de piezas tipo B está lleno, y no
KA17 Bobina auxiliar permite que la bandeja clasifique hasta no reiniciar el sistema.
Señal de que la pieza accionó los finales de carrera S3, S2 y S4 o solo
KA18 Bobina auxiliar S3.
KA19 Bobina auxiliar Señal que clasifica las piezas de tipo R.
KA20 Bobina auxiliar Señal del contador de piezas tipo R.
Tabla 5. Componentes del circuito simulado del modelo a escala.

Lógica programada.

La lógica programada para el modelo a escala desarrollado en este trabajo, se realizó a través
de la herramienta virtual Logosoft.

Anexos

1. Lógica cableada del prototipo inicial (En físico y en unidad de almacenamiento).

2. Lógica cableado prototipo funcional (En físico).

3. Lógica programada en lenguaje Ladder (En unidad de almacenamiento).

Problemas

- Inicialmente no se tenía claro cuál iba a ser la pieza que se quería clasificar; para solucionar
esto se llegó a un consenso y se tomó la decisión ingenieril que debían ser cubos ranurados,
fabricados con manufactura aditiva.

- Se generaron problemas con la programación debido a la adaptación de software a hardware.

- Cuando se realizó la fabricación de la banda se generaron muchos des alineamientos que

dificultaban su funcionamiento.

- En el montaje electrónico se generaron problemas de falta de potencia.

- Al realizar el montaje de los componentes físicos, se provocaron algunos cortos circuitos debido
a una falta de resistencias y buen aislamiento.
Bibliografía

[1] L. F. Leiva, Controles y automatismos eléctricos; teoría y práctica.

[2] Documentos sin autor relacionados con el lenguaje Ladder.

[3] Conocimientos adquiridos a lo largo del curso de Fundamentos de automatización.