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