UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PUEBLA
MECATRÓNICA ÁREA AUTOMATIZACIÓN
Microcontroladores para instrumentación y control
PROYECTO FINAL VISUAL SELECT
DOCENTE:
MCI. Rodríguez García Fernando
INTEGRANTES:
Castillo Reyes Juana Méndez Meneses Verónica Valeria
Tello Celis Yonatan Javier Torres Aldama Daniel
Hernández García Eduardo
GRUPO: 5°A
Mayo-Septiembre 2014
Índice
Introducción .......................................................................................................... 4
Capítulo 1. Anteproyecto ..................................................................................... 4
1.1 Planteamiento del problema ......................................................................... 4
1.2 Cronograma .................................................................................................... 5
1.3 Objetivo ........................................................................................................... 5
1.4 Justificación .................................................................................................... 6
1.5 Alcance ............................................................................................................ 6
1.6 Limitaciones .................................................................................................... 6
Capítulo 2. VISUAL SELECT ................................................................................ 7
2.1 Descripción del proceso ................................................................................ 7
Control Digital Directo ...................................................................................... 9
1. Arduino.................................................................................................. 10
2. Relevador .............................................................................................. 11
3. Electroválvula ........................................................................................ 12
2.2 Programación ........................................................ ¡Error! Marcador no definido.
Capítulo 3. Memoria técnica .............................................................................. 13
3.1 Planos ............................................................................................................ 13
3.2 Esquemas ...................................................................................................... 14
3.3 Simulación ..................................................................................................... 15
Capítulo 4. Costos, comercialización y viabilidad .......................................... 21
4.1 Determinación de costos de producción y de venta ................................ 21
4.2 Ingeniería para elaboración ........................................................................ 22
Capítulo 5. Manual del usuario .......................................................................... 24
5.1 Conclusiones ................................................................................................ 26
5.2 Referencias ................................................................................................... 27
Introducción
En este trabajo se presenta una metodología basada en estudios previos para
realizar un control automático de selección de envases en una línea productiva a
nivel industrial.
La importancia de este trabajo radica especialmente en controlar un proceso, que
dentro de la organización hasta la fecha se ha hecho de manera manual, de ahí
que se mejorará la calidad, se reducirá tiempo y costos de mano de obra.
Este proyecto se maneja de acuerdo a la necesidad de la empresa, se evaluaron
las posibles soluciones para su mejora.
Capítulo 1. Anteproyecto
1.1 Planteamiento del problema
Debido a la mezcla de diversas botellas de diferente sabor a lo largo de la
producción surgió la innovación del proceso de separación de objetos apoyado por
una banda transportadora. Dado el producto se llegan a mezclar envases de otro
sabor o de otra medida, lo que implica que los envases sean de diferente al
manejado en la línea por lo que un trabajador manualmente hace el separado de
producto.
1.2 Cronograma
ACTIVIDADES Mayo Junio Julio Agosto
Elaboración y aprobación de proyecto Realizado
Métodos para implementación de proyecto
Realizado
Elaboración de estructura de VISUAL SELECT
Realizado Realizado
Investigación de materiales necesarios Realizado
Programación en labview
Realizado
Compra de sensores y motor Realizado
Programación de tarjeta Arduino Realizado
Realizar pruebas Realizado
Presentación de prototipo 13/08/2014
1.3 Objetivo
Eliminar errores de envasado de bebidas antes del empaquetado
aumentando la productividad y al mismo tiempo las ganancias.
1.4 Justificación
La modificación de él proceso de empaquetado de bebidas surge a la
necesidad de aumentar la producción en menor tiempo además de evitar
accidentes en la línea para el operario, por ello se implementa un sistema de
automatización para la correcta separación de bebidas.
1.5 Alcance
Va dirigido a industrias donde exista un margen de error en su proceso de
separado de producto de diferente color o tamaño, es decir, a organizaciones que
elaboren productos para el consumo humano.
1.6 Limitaciones
Las dificultades que surgen para la realización de este prototipo son que la
industria donde sea implementado este sistema no considere el manejo de
diferentes colores o tamaño en el producto de la línea de producción.
Capítulo 2. VISUAL SELECT
Imagen 1. Proceso de VISUAL SELECT
2.1 Descripción del proceso
VISUAL SELECT es un proceso encargado de trasladar un producto a
través de una banda transportadora acompañada de un sensor de color además
de un pistón de doble efecto. Para esto, el sensor captará una señal al detectar un
error en el contenido del producto, no coincide el color, este mandará la señal al
pistón y automáticamente expulsará la bebida defectuosa en el proceso. Además,
si se mezcla un envase de diferente tamaño al manejado en él proceso, un sensor
ultrasónico realizará el envío de la señal al pistón y de la misma manera al caso
anterior, expulsará la botella.
Imagen 2. Diagrama de implementación de Visual Select
En la imagen 2 se muestra con mayor claridad cómo interactúan los elementos
materiales del proyecto para llevar a cabo el control digital directo en el que se
muestra el control por la computadora, el interfaz que es el arduino, con sus
respectivas entradas y salidas, en las cuales manejan los controladores digitales y
analógicas que se utilizan en el proceso (banda transportadora que simula la
banda transportadora de la línea de producción).
Control Digital Directo
El sistema de control directo que se utiliza muestra al control lo lleva a cabo la
computadora y mediante una tarjeta de adquisición de datos en este caso Arduino
se obtiene la interfaz para él envió de datos necesario.
Las entradas y salidas. Solo estamos utilizando una sola entrada y es el sensor
ultrasónico para poder medir la dimensión que debe tener los productos que se
detectan en la banda transportadora. En cambio se tienen 3 salidas la principal es
la que envía una señal digital cuando el objeto no tiene el color determinado en la
banda transportadora para que se active el actuador, la segunda activa un circuito
que conmuta y acondiciona para poder activar la banda a través de labview. Por la
misma señal tenemos conocimiento de indicadores que muestran que variable se
activa para el conocimiento del usuario.
Imagen 3. Control Digital Directo
En la imagen 3 el proyecto visual Select es un control digital directo ya que ya que
cuenta con el control por una computadora pero que no puede interactuar en caso
de que algún elemento falle, solo lleva a cabo el proceso como está diseñado para
poder identificar los productos que no son parte de la línea de producción.
En dicho proceso se utilizaron los siguientes elementos descritos a continuación:
1. Arduino
INTERFAZ
La tarjeta arduino tiene usos muy útiles si se ocupa de esta manera. Podemos
darle este uso porque tiene todas las características propias de una tarjeta de
adquisición de datos.
ENTRADAS/SALIDAS DIGITALES
Cada uno de los 14 pines digitales en el Uno se puede utilizar como una entrada o
salida.
Serie: 0 (RX) y 1 (TX) Se utiliza para recibir (RX) y transmisión (TX) TTL datos en
serie. Estos pines están conectados a los pines correspondientes de la USB-to-
TTL de chips de serie ATmega8U2.
Interrupciones externas: 2 y 3 Estos pines pueden ser configurados para activar
una interrupción en un valor bajo, un flanco ascendente o descendente, o un
cambio en el valor.
PWM: 3, 5, 6, 9, 10, y 11 proporcionan PWM de 8 bits.
SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Estos pines soportan comunicación
SPI utilizando la biblioteca de SPI.
LED: 13 Hay un built-in LED conectado al pin digital 13 Cuando el pin es de alto
valor, el LED está encendido, cuando el pasador es bajo, es apagado.
El Uno tiene 6 entradas analógicas, etiquetados A0 a A5. Por defecto se miden
desde el suelo a 5 voltios, aunque es posible cambiar el extremo superior de su
rango con el pin AREF. Además, algunos pernos han especializado funcionalidad:
TWI: A4 o pin SDA y la comunicación A5 o pin SCL Apoyo TWI mediante librería
Wire.
DE SENSORES
Cada uno de los 14 pines digitales con la configuración adecuada podemos
usarlas para entradas y poder acondicionar los sensores necesarios para que
envíen la señal en un lazo cerrado.
Además de las 6 entradas analógicas que también se usan para lo mismo.
ACTUADORES
Al igual que el de sensores los pines digitales y los analógicos se pueden
configurar para salidas y determinar envió de la señal para que el actuador realice
su función.
2. Relevador
Un relé es un simple conmutador electromecánico hecho con un electroimán y un
conjunto de contactos. Podemos encontrar relés escondidos en toda clase de
dispositivos. De hecho, algunos de los primeros ordenadores que se crearon
usaban relés para realizar sus tareas. Lo cierto es que los relés son unos
dispositivos realmente simples y asombrosos. Se componen de cuatro partes: El
electroimán, la armadura, un resorte y un conjunto de contactos eléctricos. Para
ver mejor como funciona un relé, lo mejor es ver un gráfico y sobre él, ir viendo las
partes y su funcionamiento. Nos basaremos en la imagen de más abajo.
En esta figura, podemos ver que el relé consiste de dos circuitos separados y
completamente independientes. El primero está en la parte de abajo y
encontramos el electroimán. En este circuito, un conmutador está controlando la
potencia del electroimán. Cuando el conmutador está encendido, el electroimán y
atrae la armadura (la pieza azul).La armadura está actuando como un conmutador
en el segundo circuito.
Cuando el electroimán está recibiendo energía, el resorte o muelle retira la
armadura y el circuito no está completo. En este caso, la luz está apagada.
3. Electroválvula
Las electroválvulas o válvulas solenoides son dispositivos diseñados para
controlar el flujo (ON-OFF) de un fluido. Están diseñadas para poder utilizarse con
agua, gas, aire, gas combustible, vapor entre otros. Estas válvulas pueden ser de
Fig. 1 Plano general de banda expulsadora.
dos hasta cinco vías. Pueden estar fabricadas en latón, acero inoxidable o pvc.
Dependiendo del fluido en el que se vayan a utilizar es el material de la válvula.
2.2 Características
Está dirigido a la industria embotelladora por sus funcionalidades y que se
caracteriza por su viabilidad en el mercado industrial y ser una banda expulsora
capaz de identificar diferencia de color en el líquido contenido en una botella
además de detectar errores en el tamaño de él envase.
2.3 Especificaciones técnicas
VISUAL SELECT es un producto implementado bajo el uso de energía
eléctrica, de electrónica, de mecánica y de neumática.
Se basa en la energía eléctrica para alimentar los sensores con los que cuenta
además de proporcionar fuerza electromotriz al motor encargado de mover la
banda donde irá transportado el producto.
Ocupando la electrónica en el uso de sensores y circuitos para su correcto manejo
en el proceso. Posteriormente entra la mecánica mostrada en el uso de un motor,
rodillos para la banda.
Capítulo 3. Memoria técnica
3.1 Planos
3.2 Esquemas
Fig. 2 Control de electroválvula
Sensor Inactivo Sensor Activo
Fig. 3 Simulación de funcionamiento de sensor color.
3.3 Simulación
3.4 Programación
Imagen 1.Diagrama de bloques
Fig. 4 Representación de la expulsión de botella
errónea.
Imagen 2. Panel frontal
Imagen 3. Pruebas de funcionamiento
Imagen 4. Pruebas de funcionamiento
Seleccionas el vi predeterminado vision acquisition, despues da doble click en el
icono y se abrira la siguiente ventana en ella puedes predeterminar la camara que
desees utilizar según se el caso.
Seleccionas el vi predeterminado vision assistant, despues da doble clic en el
icono y se abrira la siguiente ventana en ella puedespre determinar los colores
tamaño, patron he imagen que desees según sea el caso.
En este apartado se toma la imagen que desees.
En este panel predeterminas los colores que desees.
Panel de extracción de colores
Capítulo 4. Costos, comercialización y viabilidad
4.1 Determinación de costos de producción y de venta
Producción (5 días)
-1 Ing. en Tecnologías para la Automatización $300.00 p/ 5 horas * 5 días =
$1500
-2 TSU $200.00 p/ 5 horas * 5 días = $1000
Material requerido para su fabricación:
-Banda de caucho $70 m2 * 3 m =$ 210.00
-Motor de CD a ½ caballo $ 700.00
-Cámara web $ 120.00
-Sistema de poleas $ 140.00
-Sensor ultrasónico $ 350.00
Neto de producción $1, 780.10
IVA 16% $ 284.81
Total de producción $2, 064.91
Venta
-Transporte $ 300.00
-Mano de obra $ 2500.00
-Instalación $ 550.00
-Instalación de software $ 350.00
Precio a la venta $1, 850.00
Precio de VISUAL SELECT $3, 914.91
4.2 Ingeniería para elaboración
El equipo que se requiere para la elaboración del prototipo es:
Taladro y brocas de diferentes medidas
Pulidora con discos de corte, desbaste y lijado
Planta de soldar y soldadura
Para la mano de obra es necesario contar con el personal adecuado:
Un técnico en Mantenimiento para la realización de la estructura metálica y
además de tener conocimientos en mecánica para poder ensamblar los
componentes como son las poleas, bandas, rodillos motor y todo lo que se
pudiera necesitar. También tener la habilidad de emplear de máquinas
herramientas.
Un técnico en electrónica, esta persona debe de saber acerca de los
dispositivos que se van a emplear además de la programación para que
este trabaje por si solo de manera automática, además de que esta persona
esté disponible para la implementación de alguna otra mejora si se
requiere.
Un técnico en electricidad y neumática, este debe de saber qué tipo de
material se requiere para que este proyecto, además de que sea capaz de
ensamblar sus componentes tanto como pistón, electroválvula, compresor
y todo los conductos necesarios. Por otra parte también se requiere que
tenga conocimientos en electricidad para poder poner la luminaria correcta
además de garantizar el proyecto como seguro para la industria.
Materiales que se requieren para la construcción del prototipo es:
Taladro y brocas de diferentes medidas.
Pulidora con discos de corte, desbaste y lijado.
Planta de soldar y soldadura.
PTR de 1 ¼”.
Angulo 1 ¼”.
Tornillos de diferentes medidas.
Tabla de 90x29cm.
Tela para la banda.
Llaves españolas mixtas.
Desarmadores de cruz, plano y clemero.
Llaves allen.
Pinzas de punta, de electricista y de presión.
Arco con segueta.
Limas.
Lijas.
Cinta de aislar.
Teflón.
Milímetro.
Extensión.
Motor.
Poleas.
Bandas.
Manguera neumática.
Conectores y reducciones neumáticas.
Pistón neumático.
Electroválvula.
Led´s indicadores.
Equipo de protección
Botas de casquillo.
Careta para soldar.
Gafas de seguridad.
Capítulo 5. Manual del usuario
Para el mejor funcionamiento de VISUAL SELECT se recomienda seguir este
manual de usuario básico.
Para tener un buen rendimiento en el proceso y larga vida del mismo es
importante tomar en cuenta que todos los elementos tales como sensores, motor,
microcontrolador y actuadores, estén instalados correctamente para que el
proceso se ejecute correctamente.
Por lo ya mencionado antes es importante tomar en cuenta los siguientes
puntos:
Lubricar mensualmente todas las piezas mecánicas para evitar el desgaste
de los metales.
Revisar todas las terminales que estén conectadas a la energía eléctrica.
Revisión constante a los sensores para evitar que se muevan por la
vibración.
El dispositivo tiene que conectarse a una corriente de 120V.
Tener una presión constante de aire de 2 Bar.
Purgar constantemente las líneas de aire para evitar humedad en las
mismas y evitar daños en los actuadores.
Contar con una buena iluminación para el mejor funcionamiento del sensor
ya que dicho dispositivo necesita la luz para convertir el color a frecuencia
sin ningún error.
Para el sensor ultrasónico que detecta cambios de tamaño se requiere de
una limpieza a detalle constantemente para evitar la obstrucción del sensor.
En necesario que los puntos tratados anteriormente sean cumplidos
de manera correcta o de lo contrario se necesitará reiniciar el sistema para
restaurar las configuraciones de fábrica. En consecuencia de no efectuar lo
anterior, llamar al personal de VISUAL SELECT para realizar
mantenimiento correctivo.
5.1 Conclusiones
La realización de este prototipo permitió hacer evidente los conocimientos
adquiridos a lo largo de la carrera de Técnico Superior Universitario en
Tecnologías para la Automatización basándonos principalmente en electricidad,
mecánica y electrónica además de utilizar un intermediario de programación para
el respectivo control de variables en el proceso como lo fue el programa de
Arduino.
Conscientes de que será un prototipo que será introducido en las empresas
de embotellado, se piensa en un futuro realizar modificaciones conforme a las
nuevas tecnologías que puedan ir surgiendo a lo largo del tiempo además de
enfocar ciertas innovaciones en VISUAL SELECT según sean las necesidades de
la empresa. Estamos satisfechos de haber realizado este proyecto de la materia
de Integradora II porque se demostró la razón por la cual seguimos cursando la
carrera de Automatización.
A pesar de no poseer con exactitud los conocimientos y tener ciertas dudas,
carencias de programación y detalles sobre la instrumentación adecuada para la
implementación de VISUAL SELECT se logró el objetivo que es el hacer funcionar
nuestra banda expulsora, para todas las empresas que manejan sabores y
tamaños en su proceso de seleccionado de producto como lo es Boing, Pepsi,
Jumex y otras empresas de llenado de líquidos además de las empresas de
productos de limpieza como en forma de líquido como Fabuloso, Maestro Limpio y
otras.
Agradecemos el apoyo brindado por ingenieros, técnicos, profesores y
compañeros de cuatrimestres posteriores al nuestro ya que sin las aportaciones
realizadas por ellos, VISUAL SELECT no sería un proyecto existente en este
cuatrimestre y no habríamos efectuado la realización del mismo.
5.2 Referencias
http://esmx.coopertire.com/Tires/Light-Truck/DISCOVERER-S-T-MAXX.aspx
http://clientes.bcsoporte.com/tecniband/wp-
content/uploads/2013/03/ManualIngenieria.pdf
http://ab.rockwellautomation.com/es/Sensors-Switches/Photoelectric-Sensors