control automatico de la producci´ on de cepillos de bamb´ u´

Control automatico de la produccion de cepillos de Bambu

Juan Camilo Acosta Salguero1 Nicolas Villamizar Sanchez2 Alejandro Lopez Giraldo3

Angy Paola Vivaldo Cordero4 Cristian Camilo Salon [email protected] ,[email protected] ,[email protected] ,

[email protected] ,[email protected]

Abstract— Este documento contiene el desarrollo del trabajode automatizacion de la manufactura de cepillos dentales conmango de bambu, cerdas de Nylon. Dicho proceso cuentacon maquinaria que integra una serie de actuadores, sensores,controladores y conexiones para finalmente generar el productodescrito, expresando las caracterısticas teoricas que rigen elcomportamiento adecuado de la cadena de produccion generalen terminos de los elementos de control mencionados.

I. INTRODUCCION

Uno de los productos de higiene usados por todos es el

cepillo de dientes, siendo el mas comun el de plastico. Se

estima, que una persona a lo largo de su vida llega a utilizar

aproximadamente 300 cepillos (se recomienda cambiarlo

cada 3 meses), y si se intenta multiplicar por la cantidad de

personas en el valle de Aburra (localizacion de la empresa),

se llega a la conclusion de que la demanda del producto

es todo un reto para la empresa Valle Verde S.A. Estos

cepillos plasticos al ser desechados, representan una amenaza

para el medio ambiente ya que por ejemplo el 1 % de los

residuos plasticos del mar son cepillos dentales. Es por esto,

que en el presente trabajo se desarrolla una simulacion de

control automatico para una planta productora de cepillos

de bambu, con el fin de ofrecerle a un publico adulto

otra alternativa de cepillos dentales, siendo los de bambu

mas amigables con el medio ambiente debido a que son

biodegradables y sus fibras al ser hechas con fibra vegetal

son 100 % ecologicas. El objetivo general al cual responde la

solucion al problema de automatizacion planteado, es lograr

una produccion automatizada que permita generar cepillos

de bambu en una tasa de produccion que compita en el

mercado con los cepillos dentales de plastico, conservando

los estandares de calidad. Con el fin de lograr dicha meta,

los objetivos especıficos planteados radican en primer lugar,

implementar una automatizacion basada en control logico

por medio de MEF, en segundo lugar, es el conocimiento

completo de la razon y funcionamiento de cada uno de los

subprocesos que conforman la manufactura del producto,

en tercer lugar, la investigacion e implementacion adecuada

de cada uno de los sensores y actuadores que hacen parte

de los subprocesos planteados, y por ultimo, la definicion

de los espacios asociados a la distribucion de cada una

de las maquinas, con su respectivo flujo de materia y

datos. El proceso que se quiere automatizar, tiene como

materia prima: latillas de bambu que viene previamente

cortadas por el proveedor y rollos de nylon, ambas al pasar

por el sistema de produccion se convierten en un cepillo

dental de bambu. Se va automatizar dicho proceso por

medio de una programacion en un software GX WORK2

de la empresa Mitsubishi Electric Software/MELSOFT

utilizando un lenguaje Ladder a partir del concepto de MEF

abstrayendo los diferentes sensores y actuadores que hacen

parte del sistema, entre otros. Las razones por las cuales se

desea realizar una automatizacion del proceso productivo

radica en que las caracterısticas medioambientales del

producto final, benefician en gran medida a los entornos

naturales y fuentes hıdricas, y en busqueda de lograr ello, es

necesario implementar un sistema que aumente la capacidad

de produccion de una planta regular, ası como lograr

implementar dicho proceso en aun mas lugares, puesto que

al fin y al cabo es un producto de primera necesidad, cuya

competencia directa (cepillos dentales plasticos) lidera los

mercados en general gracias a sus bajos costos y facilidad

de fabricacion.

Ahora, se dara paso al desarrollo del presente informe de

“Control automatico de cepillos” organizado en diferentes

secciones; comenzando con la descripcion del proceso.

II. DESCRIPCION DEL PROCESO

El proceso es un sistema de produccion lineal, el cual cuen-

ta con una lınea principal y otra secundaria. En la principal,

la materia prima es la latilla de bambu y se compone por

los subprocesos de moldeado, perforado, enhebrado, pulido,

calidad y empaquetado; en la lınea secundaria estan los de

subdividido y desempaquetado. Ambas lıneas, se encuentran

en el subproceso de enhebrado.

II-A. Descripcion de subprocesos

II-A.1. Moldeado

Las latillas de bambu, son puestas en una banda trans-

portadora hasta llegar a un tope donde son dosificadas, para

ası ingresarlas en la prensa giratoria. Al estar en la prensa

giratoria, se le da la forma del mango a la latilla de bambu

con a una fresadora CNC, que tiene una herramienta de corte

con una superficie de papel de lija, que logra un acabado

suavizado sin bordes en el cepillo.

Fig. 1: Subproceso de moldeado de mango de Bambu.

II-A.2. Perforado

Se utiliza una fresadora vertical con semejanza a un taladro;

conformada por un sistema de control (CNC), que mediante

una programacion establecida activara los movimientos de la

maquina, realizando varios agujeros en el material (madera

de bambu). Para la anterior operacion, se utilizara una broca

de metal siendo la adecuada para trabajar madera; Esta es

sostenida en el usillo.

Fig. 2: Subproceso perforado.

II-A.3. Subdividido

El rollo de nylon es posicionado en la maquina y es

detectado, la banda para cuando se tiene la longitud deseada,

para que la herramienta de corte baje y corte. Luego se

enciende la banda para seguir con el proceso.

Fig. 3: Subproceso de subdividido.

II-A.4. Desempaquetado

Los trozos del rollo de fibras se deslizan libremente por

la accion de la gravedad dosificandose. Al caer, son alma-

cenados por dos placas, de las cuales una es fija y la otra

se traslada lateralmente, una vez hecho esto ambas placas

se mueven verticalmente hacia abajo quitando la envoltura .

Posteriormente una barra movil desciende y captura las fibras,

para depositarlas en un dispositivo que las dosifica, estas son

alineadas y compactadas en hilera,donde se mueven a traves

de una banda transportadora, para formas un flujo constante

de fibras.

Fig. 4: Subproceso de desempaquetado de fibras.

II-A.5. Enhebrado

La enhebradora con los cepillos ya almacenados, dosifica

cada uno de ellos por medio de la apertura de una compuerta

manejada por un actuador. Al abrirse la compuerta una serie

de mecanismos acomoda los cepillos para que estos queden en

la posicion deseada. Posterior a este proceso, con las fibras

de nylon ya almacenadas en la maquina, sigue el paso de

insertarlas en el cabeza del cepillo. Del almacenamiento de las

fibras, se dosifican la cantidad de fibras que se requieren para

el cepillo. El mecanismo enhebrador tiene 3 grados de libertad

ya que se puede mover en los ejes x,y,z para colocar las fibras

en los agujeros.Cuando el cepillo esta listo, el mecanismo que

sostiene el cepillo de dientes da apertura a este, para que el

cepillo caiga al proximo proceso.

Fig. 5: Subproceso de enhebrado, orientado de mangos.

Fig. 6: Subproceso de enhebrado, ensamblado de fibras.

II-A.6. Pulido

Los cepillos son capturados por un brazo mecanico que

los trasladada verticalmente, lateralmente y los rota alrededor

de su base, este los deposita en cada ala de la matriz de

desbaste y emparejado, la cual, a su vez, rota con pausas en

9 estaciones, la primera estacion es una cuchilla que, a traves

de un movimiento lateral, corta los filamentos de los cepillos

dejandolos de la misma longitud, las siguientes 8 estacio-

nes son cuchillas curvas que rotan constantemente, estas se

encargan de moldear con la forma deseada el los filamentos.

Cuando un cepillo termina su novena estacion, este es soltado

en un canal que finaliza en una banda transportadora que lo

dirige hacia el siguiente proceso.

Fig. 7: Subproceso de pulido, emparejamiento de fibras.

II-A.7. Calidad

En ambos lados de la banda encargada de transportar los

cepillos, se tienen sensores encargados de escanear y crear

un modelo virtual de los cepillos; este es comparado con

un modelo ideal para saber si el cepillo cuenta con todos

los requisitos y es apto. Si el cepillo cumple con todas las

condiciones seguira hasta la zona de empaquetado, mientras

que, si este ultimo es defectuoso un dispositivo de expulsion

lo retira de la banda transportadora hacia una caja que

almacena los elementos defectuosos.

Fig. 8: Subproceso de calidad, sensores reconstructivos.

II-A.8. Empaquetado

El empaquetado del cepillo se logra por medio del trasporte

de este en una cinta accionada por un motor de tipo continuo,

allı se incorpora el material de envoltorio el cual es BOPP

(el mas amigable ambientalmente). Una vez incorporado el

material a la cinta de transporte, este envuelve el cepillo

por medio de un sistema de poleas controlado por un motor

continuo, para que finalmente un rodillo selle el empaque

en su parte posterior, tras ello, otros dos motores electricos

continuos controlan un par de rodillos dispuestos en forma

de C, que sellan los extremos del empaque al presionarlos

con otro par identico accion elaborada por el controlador en

funcion de la informacion suministrada por otro sensor de

temperatura que reconoce la temperatura de los rodillos para

realizar los sellados.

Fig. 9: Subproceso de empaquetado, entrada de linea de

produccion.

II-B. Diagrama de flujo de materia del proceso

Segun los subprocesos presentados, el flujo de materia por

cada uno de ellos se representa en la siguiente figura.

Fig. 10: Flujo de materia del proceso productivo.

II-C. Layout de la empresa ToothBoo

A partir de las caracterısticas de cada uno de los

subprocesos y su respectiva maquinaria, el layout o

distribucion y adecuacion general del espacio de produccion

esta representado en la siguiente figura. Las maquinas 1

y 3 representan los subprocesos en los cuales se reciben

materias primas distintas, y posteriormente convergeran

en el subproceso y maquina 5, por ello su ubicacion en

paralelo y a los extremos o vertices del piso en vista aerea.

La ubicacion del proceso 5 corresponde a la facilidad con

que incorpora las maquinas 1 y 2, y 3 y 4, como entradas

distintas. Finalmente, los subprocesos 6, 7 y 8, se ubican

de la manera dispuesta en el Layout (figura 2), por la

continuidad que otorga una banda transportadora posicionada

entre ellas, conectando y finalizando el proceso.

Fig. 11: Layout con adecuacion de la empresa

III. INSTRUMENTACION

Los elementos necesarios para la automatizacion del pro-

ceso productivo de cepillos de Bambu, estan compuestos

por sensores, actuadores, sistemas de adquisicion y PLC’s,

todo con el fin de adquirir informacion con respecto a las

propiedades del producto o el proceso, generar cambios sobre

estas, recibir correctamente dichos datos y finalmente ejecutar

las acciones adecuadas segun la necesidad y objetivo de cada

subproceso.

Los actuadores y sensores asociados al proceso productivo se

numeran en la siguiente tabla (tabla 1):

Subproceso Actuadores Sensores

Moldeado 5 10

Perforado 6 7

Subdividido 2 5

Desempaquetado 9 13

Enhebrado 19 23

Pulido 22 9

Calidad 2 9

Empaquetado 7 8

Total 72 84

TABLE I: Actuadores y sensores correspondientes al proceso

productivo

El numero de PLCs a utilizar para automatizar el proceso

productivo de cepillos de Bambu es de 5, por su parte, el

numero total de actuadores y sensores a controlar es 72 y

84, respectivamente. Todos los controladores son de la marca

Mitsubishi FX3G-40MR/DS. La razon de la eleccion de este

modelo y referencia radica en la mayor cantidad de actuadores

y sensores contenidos en una sola maquina: la enhebradora,

con un total de 19 actuadores y 23 sensores; puesto que este es

el tipo PLC de marca Mitsubishi mas pequeno en terminos de

capacidad, pero aun ası con el poder de cubrir esta demanda,

y es por ello que fue seleccionado. Para las demas maquinas,

se utiliza un PLC por cada pareja de maquinas, esto para

todos los casos excepto para la maquina de desempaquetado,

que es la segunda maquina con mayor demanda de actuadores

y sensores segun la tabla I. A continuacion se muestran los

actuadores y sensores del proceso con sus correspondientes

PLC’s, anexos (datasheet), variables, entradas y salidas.

III-A. Sensores empleados en el proceso productivo

Sensor Variable PLC Entrada Dispositivo Anexo

Posicion AS 1 1 X000 A.1








Boton AB stop 1 X010 A.2

Boton AB start 1 X011 A.2

Posicion BS 1 1 X012 A.1





Boton BB stop 1 X017 A.2

Boton BB start 1 X020 A.2

Posicion CS 1 2 X000 A.1



Boton CB stop 2 X003 A.2

Boton CB start 2 X004 A.2

Posicion DS 1 2 X005 A.1








Sensor Variable PLC Entrada Dispositivo Anexo




Boton DB stop 2 X020 A.2

Boton DB start 2 X020 A.2

Posicion ES 1 3 X000 A.1























Posicion FS 1 4 X000 A.1







Boton FB stop 4 X007 A.2

Boton FB start 4 X010 A.2

Tamano GS 1 5 X000 A.3

Tamano GS 2 5 X001 A.3

Posicion GS 3 5 X002 A.1





Boton GB stop 5 X007 A.2

Boton GB start 5 X010 A.2

Posicion HS 1 5 X011 A.1


Temperatura HS 3 5 X013 A.7

Temperatura HS 4 5 X014 A.7


Boton B stop 1 5 X016 A.2

Boton B stop 2 5 X017 A.2

Boton B start 5 X018 A.2

TABLE II: Sensores correspondientes al proceso productivo

III-B. Actuadores empleados para el proceso productivo

Actuador Variable PLC Salida Dispositivo Anexo

Piston AA 1 1 Y000 A.4

Piston AA 2 1 Y001 A.4

PistonAA 3 ad 1 Y002 A.4AA 3 at 1 Y003 A.4

Motor AA 4 1 Y004 A.5

Motor AA 5 1 Y005 A.5

Piston BA 1 1 Y006 A.4

MotorBA 2 de 1 Y007 A.5


BA 3 iz 1 Y010 A.5

MotorBA 4 de 1 Y011 A.5BA 5 iz 1 Y012 A.5

Piston BA 6 1 Y013 A.4

Bombillo BA 7 1 Y014 A.6

Bombillo BA 8 1 Y015 A.6

Motor CA 1 2 Y000 A.5

MotorCA 2 de 2 Y001 A.5CA 2 iz 2 Y002 A.5

Motor DA 1 2 Y003 A.5

Piston DA 2 2 Y004 A.4








Motor EA 1 3 Y000 A.5


Piston EA 3 3 Y002 A.4








MotorEA 12 ab 3 Y013 A.5EA 12 ar 3 Y014 A.5

PistonEA 13 3 Y015 A.4EA 14 3 Y016 A.4



MotorEA 17 de 3 Y021 A.5EA 17 iz 3 Y022 A.5

MotorEA 18 de 3 Y023 A.5EA 18 iz 3 Y024 A.5


MotorFA 1 ar 4 Y000 A.5FA 1 ab 4 Y001 A.5

Piston FA 2 4 Y002 A.4

MotorFA 3 de 4 Y003 A.5FA 3 iz 4 Y004 A.5

MotorFA 4 de 4 Y005 A.5FA 4 iz 4 Y006 A.5

Motor FA 5 4 Y007 A.5


























Motor GA 1 5 Y000 A.5

Motor GA 2 5 Y001 A.5


Motor HA 1 5 Y002 A.5





Resistencia HA 6 5 Y007 A.8


TABLE III: Actuadores correspondientes al proceso produc-

tivo

III-C. Graficos sensores, actuadores, PLC’s, DAC y ADC

A continuacion algunas graficas que ilustran la distribucion

de actuadores, sensores, PLC’s y sistemas de adquisicion.

Fig. 12: Numero de actuadores por PLC

Fig. 13: Numero de sensores por PLC

Fig. 14: Conversores ADC y DAC necesarios

(a) (b)

Fig. 15: Tipos de actuadores y sensores

III-D. Diagrama-ESCADA

Fig. 16: Diagrama tipo SCADA para sensores y actuadores

IV. PROTOCOLO

IV-A. Moldeado

La maquina comienza detenida, al oprimir el pulsador

(START) se enciende un motor electrico que rota la

herramienta de moldeo.

La maquina tiene un sensor que detecta la presencia de

material, cuando el anterior sensor anterior se activa,

un primer piston neumatico que transporta el bloque de

madera hasta que un segundo sensor se activa, donde se

activa un segundo piston neumatico que prensa el bloque

de madera, cuando el bloque esta totalmente prensado,

un tercer piston neumatico gira al respecto de un pivote

hasta colocar la herramienta de moldeo en contacto con

el bloque de madera para darle la forma de cepillo a

esta, luego de esto el segundo piston se desactiva y

la herramienta de moldeo vuelve a su posicion inicial,

finalmente el mango de bambu pasa al siguiente proceso.

Cada uno de los tres pistones neumaticos cuenta con dos

sensores de posicion.

La maquina puede ser detenida en cualquier momento

por medio de un pulsador (STOP).

Para encender nuevamente la maquina se debe oprimir

el pulsador (START) se reanuda nuevamente el proceso.

Fig. 17: Diagrama de bloque subproceso de moldeado.

Fig. 18: MEF subproceso de moldeo.

IV-B. Perforado

Cuando se detecta un cepillo en la zona de perforado

(sensor BS1) se enciende una bombilla BB1 durante 2

segundos, esto es, que se debe de mantener al cepillo

durante ese tiempo mientras el piston de agarre (BA4)

captura por completo al cepillo.

Luego el piston de perforado BA1 entra hasta BS2 y

luego vuelve hasta BS3, acto seguido el motor BA2

mueve el cepillo hacia la derecha durante 0,2 segundos y

se perfora nuevamente, Este ciclo de perforado se repite

10 ocasiones.

Al llegar al decimo agujero, un motor BA3 traslada

al cepillo hacia arriba durante 0,2 segundos; luego

el piston de perforado BA1 entra hasta BS2 y luego

vuelve hasta BS3, acto seguido el motor BA2 mueve

el cepillo hacia la izquierda durante 0,2 segundos y se

perfora nuevamente, Este ciclo de perforado se repite 10

ocasiones.

Al llegar nuevamente a la decima ocasion el motor

BA3 traslada otra vez al cepillo hacia arriba durante

0,2 segundos y se perforan otras 10 veces.

Se alterna entre estos ciclos de perforado en 4 ocasiones,

lo que representa a 4 filas de agujeros. Al llegar a

este punto el piston BA4 libera al cepillo y se activa

un segundo bombillo BB2 durante 2 segundos, esto

representa el intervalo disponible para retirar el cepillo

de la maquina.

Una vez pasado ese tiempo y que el sensor BS1 no

detecte un cepillo en la zona de perforado el motor BA3

mueve el cabezal de la maquina perforadora hasta su

posicion de inicio, esto es, hasta que se active BS4.

Fig. 19: Diagrama de bloque para subproceso de desempa-

quetado.

Fig. 20: MEF correspondiente a subproceso de perforado.

IV-C. Subdividido

El proceso comienza por medio de una banda transpor-

tadora movida por un motor electrico.

Cuando el rollo de fibras de nylon lo detecta un sensor

optico, se activa una cuchilla accionada por un motor

electrico para cortar el rollo de fibras de nylon.

Cuando la cuchilla esta abajo se enciende un sensor

optico indicando que esta se encuentra abajo.

Cuando la cuchilla termina de cortar, esta se devuelve

hacia arriba por medio del mismo motor electrico, pero

ahora rotando en sentido inverso.

Cuando la cuchilla esta totalmente arriba se enciende un

sensor optico indicando que esta arriba, y ası volver a

comenzar el proceso.

Este proceso tiene un pulsador de detencion para detener

el proceso de la maquina en cualquier momento y

ademas un pulsador START para reanudar el proceso.

Fig. 21: Diagrama de bloque para subproceso de subdividido.

Fig. 22: MEF subproceso de subdividido.

IV-D. Desempaquetado

Al presionar start el motor DA1 abre la compuerta, un

rollo de fibras entra y activa al sensor DS1, provocando

que la compuerta deje de abrirse y se cierre, dejando

entrar solo un rollo.

Cuando la compuerta esta cerrada (DS2 activado), y el

rollo se ha deslizado hasta el sensor DS3, dos tenazas

activadas por el motor DA6 almacenan el rollo (hasta

que DS4 se active).

Luego un piston DA7 mueve las tenazas hacia abajo

(hasta DS5), separando los filamentos de la envoltura.

Acto seguido una barra movil desciende por el efecto

del piston DA8 hasta DS6, y el piston DA2 Captura los

filamentos (hasta DS10). Luego la barra movil asciende

hasta DS7 y un piston DA9 desplaza la barra movil hasta

el sensor DS8.

Una vez allı el piston DA2 libera las fibras (hasta llegar

a DS11) y un mecanismo de barrido impulsado por

el motor DA3 introduce las fibras (hasta DS9) en una

banda que, siendo impulsada por el motor DA5 traslada

las fibras al siguiente proceso, y mientras las fibras son

trasladas por la banda un mecanismo activado por el

motor DA4 las alinea y comprime a la vez.

Los actuadores DA6, DA7, DA9 y DA3 vuelven a sus

posiciones iniciales, listos para realizar nuevamente el

proceso para otro rollo de fibras.

Los motores DA4 y DA5 se mantienen encendidos

siempre encendidos hasta que se pulse stop (se entra

en estado de detencion), y se activan de nuevo al pulsar

start. Los demas actuadores se desactivan al entrar en

el estado de detencion, y solo se activan al salir de ese

estado (presionando start).

Fig. 23: Diagrama de bloque para subproceso de desempa-

quetado.

Fig. 24: MEF correspondiente a subproceso de desempaque-

tado.

IV-E. Enhebrado

IV-E.1. Enhebrado parte 1

Fig. 25: Diagrama de bloque para subproceso de enhebrado.

La banda 1 dosifica los mangos de los cepillos hasta que

el sensor ES20 se activa, esto significa que ya hay un

cepillo en la banda 2.

El motor EA2 se activa y el cepillo avanza hasta llegar

al sensor ES21.

Si al pasar por el sensor ES21 el cepillo tiene el cabezal

en el lado erroneo, esto es, que los sensores ES23 y ES3

no esten encendidos entonces dos pistones (EA3 y EA4)

capturan al cepillo (hasta que se active ES2).

Luego este rota sobre su eje impulsado por el motor EA5

hasta que el cabezal quede en su lado correcto (ES23 o

ES3), acto seguido los pistones EA3 y EA4 sueltan al

cepillo, y este continua avanzando en la banda 2.

Si al pasar por el sensor ES21 el cepillo tiene el cabezal

del lado correcto continuara avanzando.

Si al pasar por el sensor ES22 el cepillo tiene los huecos

del cabezal del lado incorrecto entonces los pistones

EA6 y EA7 lo capturaran (hasta que se active ES5),

luego el motor EA8 lo girara hasta que los huecos

queden en la posicion correcta (hasta que se active ES4).

Luego los pistones EA6 y EA7 volveran a su posicion

inicial (hasta que se active ES6) y el piston EA9 lo

subira.

Si al pasar por el sensor ES22 el cepillo tiene los huecos

del cabezal del lado correcto entonces el piston EA9 lo

subira.

El piston EA9 lo subira el cepillo hasta llegar al sensor

ES7, donde el piston EA10 lo empujara hasta llegar al

sensor ES9. Acto seguido, los pistones EA9 y EA10

retornan a su posicion inicial, sensores ES10 y ES8,

respectivamente. Al activarse estos la banda 1 dosificara

nuevamente.

Fig. 26: MEF subproceso de enhebrado parte 1.

IV-E.2. Enhebrado parte 2

Si hay cepillos almacenados (sensor ES11) entonces el

piston EA11 sale hasta ES12, luego la barra movil baja

hasta el sensor ES14.

Una vez abajo los pistones EA13 y EA14 se cierran para

capturar el cepillo, la barra movil sube hasta ES13 y el

piston EA11 entra hasta ES11.

Luego el piston EA15 captura el cepillo y una vez este

lo tiene los pistones EA13 y EA14 se abren, luego la

barra movil asciende hasta ES13.

Estando el cepillo en el cilindro de enhebrado, el motor

EA16 lo rota en X durante 0,5 segundos. El piston de

enhebrado EA19 se activa hasta llegar a ES16, luego

se desactiva hasta llegar a ES17 y el motor EA17

hace avanzar al cepillo hacia la derecha durante 0,2

segundos. Este proceso se repetira 10 ocasiones, luego

el motor EA18 traslada al cepillo hacia arriba durante

0,2 segundos.

Nuevamente el piston de enhebrado EA19 se activa

hasta llegar a ES16, luego se desactiva hasta llegar a

ES17 y el motor EA17 hace avanzar al cepillo hacia la

izquierda durante 0,2 segundos. Este proceso se repetira

10 ocasiones, luego el motor EA18 traslada al cepillo

hacia abajo durante 0,2 segundos.

El proceso alterna entre los pasos 1.4 y 1.5 durante 4

ocasiones, esto equivale a 4 filas de enhebrado.

Una vez llegado a este punto, el motor EA16 gira al

cepillo durante 0,5 segundos y la senal SEF1 se activara,

esta senal le avisa a la maquina de pulido que continua,

luego se esperara la senal SEF2 de la maquina de pulido

para poder finalmente abrir el piston EA15 y liberar el

cepillo, activando ası la tercera senal SEF3.

Luego el motor EA15 girara al cilindro de enhebrado

(sin cepillo) hasta llegar a la posicion inicial (hasta

activar el sensor ES19). Se evaluara nuevamente si hay

cepillos almacenados y se reiniciara el proceso.

Fig. 27: MEF subproceso de enhebrado parte 2.

IV-F. Pulido

La maquina arranca prendida, dicha maquina cuenta con

un brazo robotico y un brazo de agarre, en primera

instancia el brazo robotico asciende en direccion vertical

hasta llegar a un primer sensor optico.

Cuando el primer sensor optico se activa, el brazo agarra

el cepillo, y lo comienza a bajar hasta otro sensor optico,

despues de esto, el brazo traslada en direccion horizontal

el cepillo hasta un tercer sensor optico.

Cuando se activa el tercer optico, el brazo rota durante

un segundo, despues de esto, el brazo asciende en

direccion vertical hasta llegar a un cuarto sensor optico.

Cuando se activa el cuarto sensor optico, se acciona

un brazo de agarre que funciona con piston neumatico,

dicho brazo sujeta el cepillo, despues de esto el brazo

robotico vuelve a su posicion inicial.

El brazo de agarre gira por ocho estaciones de pulido,

con un intervalo de 0,5 segundos en cada giro, cuando

el brazo de agarre pasa por la ultima estacion de pulido

se activa un quinto sensor optico, cuando se activa el

quinto sensor optico, el brazo de agarre suelta el cepillo

para que este ultimo pase al siguiente proceso.

El brazo robotico cuenta con tres motores electricos, ya

que tiene tres grados de libertad.

La maquina puede ser detenida en cualquier momento

por medio de un pulsador (STOP).

Para encender nuevamente la maquina se debe oprimir

el pulsador (START) se reanuda nuevamente el proceso.

Fig. 28: Diagrama de bloque de materia subproceso de pulido

Fig. 29: MEF subproceso de pulido parte 1.

Fig. 30: MEF subproceso de pulido parte 2.

IV-G. Calidad

El proceso de calidad es iniciado en una banda trans-

portadora movida por un motor electrico.

Cuando pasa por un sensor optico, la banda se debe

de detener para que dos sensores ultrasonicos modelen

el cepillo en un tiempo total de 2 segundos y poder

verificar la calidad de este.

Luego del modelado se enciende nuevamente la banda.

Cuando el cepillo llega a un segundo sensor optico,

la banda nuevamente se detendra para que un piston

neumatico que tiene dos sensores opticos para verificar

si esta activado la expulse si el cepillo no concuerda con

la calidad necesaria.

La maquina tiene un pulsador de STOP para detener

en cualquier momento la accion que este realizando,

igualmente tiene un pulsador de START para reanudar

la operacion.

Fig. 31: Diagrama de bloque para subproceso de control de

calidad.

Fig. 32: MEF subproceso de control de calidad.

IV-H. Empaquetado

El subproceso de empaquetado inicia con una banda

transportadora que traslada de manera dosificada los

cepillos de manera individual

Al final de la banda se encuentran dos sensores de posi-

cion infrarrojos que detectan que efectivamente exista un

cepillo, de manera que en caso de no haberlo, no exista

un vacio en los pasos siguientes del empaquetado.

Una vez detectado, el cepillo pasa a otra banda donde

junto al material de empaquetado pasan sobre una ranura

que sella la parte inferior del arreglo logrado por la

forma en la que el material entra al sistema, gracias a

otro motor y sensor que detecta la presencia de un rollo

de estos.

Una vez sellada la parte inferior del empaque gracias a

un rodillo con temperatura suficiente (regulada gracias

a dos sensores termicos de maximo y mınimo, y una

resistencia termica), el cepillo para a otra banda donde

es aplastado por dos placas que se accionan gracias al

mismo motor electrico, ası, se sellan los extremos del

empaque.

Finalmente, el cepillo con el empaque sellado y separado

del resto de material, se incorpora sobre una ultima

banda transportadora que lo despacha hacia el final de

todo el proceso productivo.

Fig. 33: Diagrama de bloque para subproceso de empaqueta-

do.

Fig. 34: MEF subproceso de empaquetado.

V. IMPLEMENTACION

El proceso productivo implementa un total de 8 MEF’s,

una por cada subproceso. La implementacion de estas a

los 5 PLC’s se establece segun el numero de actuadores y

sensores por maquina, resultando en la siguiente lista:

PLC 1: Implementa las MEF’s correspondiente al sub-

proceso de moldeado y perforado (A y B), para un total

de 11 actuadores y 17 sensores.


proceso de Subdividido y desempaquetado (C y D), para

un total de 11 actuadores y 18 sensores.

PLC 3: Implementa la MEF correspondiente al subpro-

ceso de enhebrado (E), para un total de 19 actuadores y

23 sensores.

PLC 4: Implementa la MEF correspondiente al subpro-

ceso de pulido (F), para un total de 22 actuadores y 9

sensores.


proceso de control de calidad y empaquetado (G y H),

para un total de 9 actuadores y 15 sensores.

V-A. Sistema de carpetas PLC

Dentro del sistema de carpetas que esta adjunto a este

documento se encuentra una carpeta denominada PLC, dentro

de ella se encuentran 5 carpetas diferentes denominadas segun

el numero de PLC (ejemplo PLC1), dentro de ellas se encuen-

tran los archivos .gxw correspondientes a la programacion de

cada una de las MEF’s que pertenecen a dicho PLC, estos se

denominan segun la letra correspondiente al subproceso y el

nombre del mismo (por ejemplo AMoldeado.gxw, donde A

corresponde al subproceso A y moldeado al nombre de este),

cada uno de estos ultimos archivos representan las MEF’s de

cada maquina.

V-B. Programacion PLC’s

La programacion de cada una de las MEF’s dentro de los

PLC’s se logra por medio del software GX-Work2, por el

cual se establecen las variables globales y locales de cada

subproceso, definiendo entradas y salidas requeridas, ademas

de estados, contadores, temporizadores y marcas especificas;

Seguido de ello, se construyen bloques de programacion que

establecen los estados y las transiciones correspondientes a

cada MEF.

En las figuras (35, 36 y 37) correspondientes a capturas

de pantalla, se ejemplifica la programacion del subproceso

de subdividido (C), implementandose al PLC numero 2.

Teniendo esto en cuenta, la incorporacion de dos subprocesos

distintos a un mismo PLC se logra por medio de la correcta

definicion de sus entradas y salidas al dispositivo, esto quiere

decir que la ultima entrada por ejemplo del subproceso C

(X006), es el punto de partida del subproceso D (X007) que

se incorpora al mismo PLC. El procedimiento para cada una

de las siguientes y anteriores MEF’s es el mismo.

Fig. 35: Captura de pantalla para definicion de variables

globales en subproceso C (subdividido).

Fig. 36: Captura de pantalla para primeros bloques de pro-

gramacion GX-Work2 subproceso C (subdividido).

Fig. 37: Captura de pantalla para ultimos bloques de progra-

macion GX-Work2 subproceso C (subdividido).

V-C. Interfaz Hombre Maquina (IHM)

La interaccion entre operarios del proceso se da por medio

de una interfaz de control, dentro de ella se monitorean los

estados de actuadores y sensores. En el proceso de produccion

de cepillos de Bambu, se realiza la construccion de 5 IHM’s,

una por cada PLC utilizado en el proceso, segun las descrip-

ciones e implementaciones anteriormente mencionadas. Las

5 pantallas se exponen en las siguientes imagenes, de manera

respectiva al numero de PLC correspondiente.

Fig. 38: IHM correspondiente a PLC numero 1, para los

subprocesos de moldeado y perforado (A y B).


subprocesos de subdividido y desempaquetado (C y D).


subproceso de enhebrado (E).


subproceso de pulido (F).


subprocesos de control de calidad y empaquetado (G y H).

VI. CONCLUSIONES

La automatizacion del proceso de produccion de cepillos

de dientes de bambu requiere la implementacion de

la ingenierıa para generar un aumento en la tasa de

produccion de cepillos. Aun ası, la automatizacion

del proceso en su totalidad requiere de sensores y

actuadores, disposicion de maquinarias especıficas

que ejecutan acciones necesarias, y ademas, los datos

otorgados que reflejan el valor de estas tecnologıas

(todos lo anexos).

La metodologıa utilizada para automatizar los subpro-

cesos de la linea de produccion se basa en un control

logico por medio de MEF’s, esto aunque es factible,

resulta en constantes dificultades puesto que este proceso

productivo requiere de un proceso de control continuo.

VII. REFERENCIAS

La descripcion del proceso productivo se puede evidenciar

por medio de vıdeos anexos que incorporan el funcionamiento

automatizado de maquinaria utilizada en cada subproceso,

estos estan dispuestos en forma de enlaces, ubicados en la

carpeta archivos fuentes en el sistema de carpetas el cual se

adjunta a este documento.

VIII. ANEXOS

Los datos tecnicos correspondientes a sensores, actuadores,

PLCs y sistemas de adquisicion se encuentran adjuntos a este

documento en la carpeta Cepillo.zip.

control automatico de la producci´ on de cepillos de bamb´ u´

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