UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
AUTOMATIZACIÓN DE UNA LAVADORA INDUSTRIAL EN EL
“HOTEL 6 DE DICIEMBRE”
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO EN
MECATRÓNICA
GUILLERMO ALFREDO MOSQUERA CANCHINGRE
DIRECTOR: ING. VLADIMIR BONILLA VENEGAS
QUITO, ENERO, 2012
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2011
Reservados todos los derechos de reproducción
AGRADECIMIENTOS
Este proyecto no hubiera podido ser realizado sin la intervención de varias
personas a las cuales quiero agradecerles por la ayuda prestada.
Quiero agradecerle a un gran amigo, Ing. Fernando Logacho, quien me
asistió, en el desarrollo de este proyecto aportando con su conocimiento y
experiencia.
Al Ing. Jorge Ruiz, Administrador del Hotel 6 de Diciembre, quien me
permitió realizar mi tesis de grado en el hotel antes mencionado.
Al Ing. Vladimir Bonilla, mi tutor y amigo, por ser mi guía durante todo el
proceso de desarrollo de este proyecto.
DEDICATORIA
Dedico este proyecto a mis padres Guillermo Mosquera y Elizabeth
Canchingre, ya que gracias a ellos soy la persona que soy, sin ellos no
habría podido llegar donde estoy ahora.
A mis hermanos Alex, Elizabeth y Ana María, a quienes les tengo mucho
cariño y aprecio a pesar de todas las diferencias entre nosotros.
Y a mis amigos que han estado a mi lado durante todos estos años, los
mejores de los mejores, Stefania, Daya, Mario, José, Isaías y Geo.
ÍNDICE DE CONTENIDOS
ÍNDICE DE FIGURAS..................................................................................... ii
ÍNDICE DE TABLAS .......................................................................................v
ÍNDICE DE ECUACIONES ............................................................................ vi
ÍNDICE DE ANEXOS.................................................................................... vii
RESUMEN ................................................................................................... viii
ABSTRACT.................................................................................................... ix
1. INTRODUCCIÓN .................................................................................... 1
2. MARCO DE REFERENCIA ..................................................................... 9
2.1.
MARCO TEÓRICO ........................................................................... 9
2.1.1.
PLC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLORES)................ 9
2.1.2.
PLCS CONTRA OTROS TIPOS DE CONTROL ...................... 12
2.1.3.
SISTEMAS DE CONTROL....................................................... 14
2.1.4.
TRANSDUCTORES Y SENSORES......................................... 18
2.1.5.
ACTUADORES ........................................................................ 22
2.1.6.
LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN.......................................... 27
3. METODOLOGÍA.................................................................................... 30
3.1.
METODOLOGÍA MECATRÓNICA.................................................. 30
3.1.1.
ANÁLISIS DE REQUERIMIENTOS DEL PROYECTO............. 31
3.1.2.
DISEÑO SIMULTANEO DE LOS COMPONENTES DEL
SISTEMA…………………................................................. ………………44
4. DESARROLLO DEL PRODUCTO MECATRÓNICO............................. 67
4.1.
CONSTRUCCIÓN DEL SISTEMA .................................................. 67
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................ 73
5.1.
CONCLUSIONES ........................................................................... 73
5.2.
RECOMENDACIONES................................................................... 73
i
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Diagnóstico del proceso.................................................................. 2
Figura 2. Control del pronóstico ..................................................................... 3
Figura 3. Controlador Lógico Programable .................................................... 9
Figura 4. PLCs de diferentes marcas, de izquierda a derecha:Mitsubishi,
Schneider, Siemens..................................................................................... 10
Figura 5. Arquitectura del PLC..................................................................... 11
Figura 6. Estructura de los sistemas de control ........................................... 15
Figura 7. Ejemplo de sistema de lazo abierto .............................................. 17
Figura 8. Ejemplo sistema de lazo cerrado.................................................. 17
Figura 9. Transductor de presión ................................................................. 19
Figura 10. Switch on/off ............................................................................... 20
Figura 11.Switch pulsador ........................................................................... 21
Figura 12. Luces indicadoras ....................................................................... 21
Figura 13. Sensor de nivel ........................................................................... 22
Figura 14. Motor jaula de ardilla................................................................... 25
Figura 15. Electroválvula ............................................................................. 26
Figura 16. Ejemplo 1 de programación FBD ................................................ 28
Figura 17. Ejemplo 1 de programación Ladder ............................................ 28
Figura 18. Ejemplo 2 de programación FBD ................................................ 29
Figura 19. Ejemplo 2 de programación Ladder ............................................ 29
Figura 20. Elementos claves de la Mecatrónica........................................... 31
Figura 21. Motor AC de la lavadora ............................................................. 32
Figura 22. Válvulas de ingreso de agua....................................................... 33
Figura 23. Luces indicadoras 22 mm ........................................................... 34
Figura 24. Contactor LC1-D09 ..................................................................... 35
Figura 25. C60N........................................................................................... 36
Figura 26. DG63C20.................................................................................... 37
Figura 27. Sensor de nivel de agua ............................................................. 38
Figura 28. Pulsador 16 mm.......................................................................... 38
Figura 29. Sensor magnético ....................................................................... 39
ii
Figura 30. Zelio SR2-B201FU...................................................................... 40
Figura 31. Diseño 3D motor AC ................................................................... 44
Figura 32. Diseño 3D Zelio SR2B201FU ..................................................... 45
Figura 33. Diseño 3D tambor de la lavadora ............................................... 45
Figura 34. Diseño 3D válvula de ingreso de agua ....................................... 46
Figura 35. Diseño 3D sensor de nivel .......................................................... 46
Figura 36. Diseño 3D breaker C20 .............................................................. 47
Figura 37. Diseño 3D breaker C60N............................................................ 47
Figura 38. Diseño 3D contactor LC109D ..................................................... 48
Figura 39. Diseño 3D luz indicadora 22mm ................................................. 48
Figura 40. Diseño 3D pulsador 16mm ......................................................... 49
Figura 41. Diseño 3D Ensamble de lavadora .............................................. 49
Figura 42. Diagrama de flujo etapa de Enjuague......................................... 50
Figura 43. Diagrama de flujo etapa de Drenaje ........................................... 51
Figura 44. Diagrama de flujo etapa de Lavado ............................................ 52
Figura 45. Diagrama de flujo etapa de Centrifugado ................................... 53
Figura 46. Diagrama de flujo Programa 1 .................................................... 54
Figura 47. Diagrama de flujo Programa 2 .................................................... 55
Figura 48. Diagrama de flujo Programa 3 .................................................... 56
Figura 49. Diagrama de flujo Programa 4 .................................................... 57
Figura 50. Diagrama de bloques del modelo ............................................... 58
Figura 51. Bloque Powergui......................................................................... 58
Figura 52. Bloque de fuente de voltaje trifásica programable ...................... 59
Figura 53. Bloque de máquina asíncrona .................................................... 60
Figura 54. Bloque Máquina de medición demultiplexor ............................... 61
Figura 55. Bloque Switch manual ................................................................ 61
Figura 56. Bloque Constante ....................................................................... 62
Figura 57. Bloque Derivador ........................................................................ 63
Figura 58. Bloque Saturación....................................................................... 63
Figura 59. Bloque Osciloscopio ................................................................... 63
Figura 60. Bloque Multiplexor ...................................................................... 64
Figura 61. Bloque Subsistema ..................................................................... 64
iii
Figura 62. Modelo 3D importado a MATLAB ............................................... 65
Figura 63. Velocidad de entrada .................................................................. 66
Figura 64. Velocidad de salida..................................................................... 66
Figura 65. Instalación de protecciones, contactores y PLC ......................... 67
Figura 66. Perforación para pulsadores....................................................... 68
Figura 67. Panel Frontal perforado, pulsadores........................................... 68
Figura 68. Instalación de pulsadores ........................................................... 69
Figura 69. Perforación para luces indicadoras 1.......................................... 69
Figura 70. Perforación para luces indicadoras 1.......................................... 70
Figura 71. Instalación sensor magnético en la puerta.................................. 70
Figura 72. Instalación sensor magnético en la estructura............................ 71
Figura 73. Programación del PLC................................................................ 71
Figura 74. Pulsadores etiquetados .............................................................. 72
iv
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Comparación Zelio vs LOGO................................................................... 6
Tabla 2. Comparación SolidWorks vs Autodesk Inventor................................... 7
Tabla 3. Comparación Matlab vs Labview ............................................................ 7
Tabla 4. Viabilidad Económica ................................................................................ 8
Tabla 5. Ventajas de los PLCS ............................................................................. 14
Tabla 6. Ejemplo de control secuencial, control de una lavadora ................... 18
Tabla 7. Características del motor de la lavadora ............................................. 32
Tabla 8. Características de las válvulas de agua............................................... 33
Tabla 9. Características contactor LC1-D09....................................................... 35
Tabla 10. Características breaker......................................................................... 36
Tabla 11. Características breaker DG63C20...................................................... 37
Tabla 12. Características PLC Zelio SR2B201FU ............................................. 40
v
ÍNDICE DE ECUACIONES
Ecuación 1. Potencia Aparente.................................................................... 41
Ecuación 2. Factor de Potencia ................................................................... 41
Ecuación 3. Potencia Absorbida .................................................................. 41
Ecuación 4. Intensidad Absorbida................................................................ 41
Ecuación 5. Rendimiento ............................................................................. 42
Ecuación 6. Potencia Rotacional ................................................................. 42
Ecuación 7. Corriente de proteccion ............................................................ 43
vi
ÍNDICE DE ANEXOS
Anexo 1: PROGRAMA EN ZELIOSOFT ............................................................. 78
Anexo 2: CIRCUITO IMPLEMENTADO .............................................................. 79
Anexo 3: SUBSISTEMA DE LA LAVADORA EN MATLAB.............................. 81
Anexo 4. PLANO DE ENSAMBLE DE LA LAVADORA .................................... 82
Anexo 5. CÁLCULOS
2....................................................................................... 83
Anexo 6. COMPARACIÓN CONTROL DEL LAVADO...................................... 84
Anexo 7. LISTA DE ELEMENTOS ....................................................................... 85
Anexo 8. CREACIÓN DE GUÍAS Y MANUALES DE FUNCIONAMIENTO .. 86
vii
RESUMEN
En diferentes hoteles y hospitales de la ciudad de Quito se utilizan lavadoras
industriales para realizar el lavado de prendas que se utilizan en los mismos
como sábanas y toallas.
Muchas de estas lavadoras solo tienen descompuesto sus sistemas de
control.
Este trabajo estudia la forma de hacer que estos equipos funcionen
nuevamente mediante el diseño de un sistema de control con componentes
actuales.
En el primer capítulo se presenta la investigación del problema y el
planteamiento del equipo que se planea utilizar.
En el segundo capítulo se describen los diferentes conceptos que abarcan
los sistemas de control, como sensores actuadores y los dispositivos de
control.
En el tercer capítulo se analiza los requerimientos del sistema necesarios
para el funcionamiento, se diseña los elementos y el programa que utilizara
la lavadora, se realiza la simulación del funcionamiento del sistema.
En el cuarto capítulo se desarrolla la construcción del equipo, la instalación
de protecciones, adaptación de sensores, instalación de pulsadores y luces
indicadoras, conexión entre el PLC y sus variables de control, y
programación del PLC.
viii
ABSTRACT
In different hotels and hospitals in the city of Quito use industrial washing
machines for washing clothes that are used in them as sheets and towels.
Many of these washing machines only have broken their control systems.
This paper studies how to make these devices work again by designing a
control system with actual components.
In the first chapter introduces the research problem and the approach of the
devices plan to use.
The second chapter describes the different concepts that include control
systems, such as sensors, actuators and control devices.
In the third chapter analyzes the system requirements necessary for the
operation, the elements that use the washing machine are designed and
programmed, the simulation of system operation is realized.
In the fourth chapter develops machine building, installation of protection,
adaptation of sensors, installation of pushbuttons and indicator lights,
connection between the PLC and its control variables, and PLC
programming.
ix
1. INTRODUCCIÓN
1. INTRODUCCIÓN
La automatización ha avanzado en conjunto con los avances tecnológicos,
los
primeros
autómatas
eran
dispositivos
totalmente
mecánicos
y
posteriormente los diseños incluían tecnologías cableadas apoyadas en la
neumática, circuitos de relés electromagnéticos o tarjetas electrónicas. Los
sistemas actuales de automatización industrial son herederos de los
autómatas mecánicos. (Piedrafita, R, 2004)
Existen equipos que originalmente funcionaban con dispositivos de control
electromecánicos, pero estos sistemas antiguos tienden a presentar
desperfectos, como es el caso del desgaste de los microcontactos, los
cuales son indispensables para su correcto funcionamiento.
El costo de una lavadora industrial es elevado, esto es un gran impedimento
al momento de adquirir una. Sin embargo, es posible el remplazo del sistema
de control original por un dispositivo de control actual, lo que permitiría que
la lavadora pueda volver a funcionar.
Dispositivos de control actuales como los PLCs permiten programar
sistemas de control adaptables a los requerimientos de las industrias.
Las lavadoras que se utilizan en el “Hotel 6 de Diciembre” fueron diseñadas
para funcionar con controladores electromecánicos, impulsadas por motores,
ejes de transmisión, comunicados por medio de poleas y bandas. El control
de los ciclos de lavado se lo realizaba electromecánicamente por medio de
microcontactos, que se abrían o se cerraban con el paso de levas acopladas
a un tambor rotativo.
El inconveniente en este tipo de control es el desgaste de las microcontactos
y las levas. Remplazar estos componentes individualmente es imposible, por
lo que es necesario remplazar el controlador completo.
1
Remplazar el controlador original por uno similar solo solucionaría el
problema de forma provisional debido a que sufren daños constantes, lo cual
provocaría un nuevo remplazo.
Actualmente, estos controladores electromecánicos pueden ser remplazados
por controladores electrónicos, los cuales son más resistentes y flexibles en
el momento de programarlos.
Como parte de la sistematización del siguiente proyecto se presenta el
siguiente diagnostico.
La menor cantidad de ropa que se lava en el hotel está entre 40 a 50
sábanas y toallas diarias, cuando la afluencia de huéspedes se encuentra en
temporada baja, y sobre las 100 sábanas y toallas, cuando se encuentran en
temporada alta.
El hotel cuenta con dos lavadoras marca SpeedQueen de 39 kg (75 lb) y
Haceb de 13.8 kg (30 lb); las mismas que, no abastecen los requerimientos
debido a que la cantidad de ropa sucia es superior a la capacidad instalada,
quedando el trabajo acumulado para el siguiente día.
Figura 1. Diagnóstico del proceso
2
El siguiente pronóstico se presenta de acuerdo con datos tomados del
personal de lavandería del hotel.
Si no se realiza ningún cambio, se tendrá que seguir utilizando las lavadoras
antes indicadas.
Dependiendo de si se encuentra en temporada baja o temporada alta,
muchas veces no se podrá terminar de lavar todas las prendas y el trabajo
continuará acumulándose, y al día siguiente se tendría que lavar más ropa
que el día anterior.
Una forma de optimizar el proceso de lavado en el hotel a partir de
diagnóstico anterior seria rehabilitar la lavadora industrial de marca Wascator
de 22.7 kg (50 lb).
Por ello se propone cambiar los elementos que están defectuosos, y
remplazar el controlador electromecánico por un PLC programado para
varios ciclos de lavados.
Figura 2. Control del pronóstico
3
El problema que se percibió es si ¿Es posible que la automatización de la
lavadora industrial permita disminuir el tiempo y el uso de recursos en el
lavado de ropa de cama del Hotel 6 de Diciembre?
El objetivo general presentado en este proyecto es automatizar la lavadora
industrial del hotel “6 de Diciembre” de la ciudad de Quito.
Los objetivos específicos que se buscan alcanzar con este proyecto son:

Diseñar el sistema de control de lavado automático.

Determinar e implementar los diferentes ciclos de lavado en el sistema de
control.

Implementar el HMI1 lavadora.
Para justificar este proyecto se ha tomado en cuenta la lavadora del hotel
que se encuentra paralizada, debido a que la tarjeta de control de la misma
está averiada. Este tipo de tarjetas de control no se encuentran en el país,
por lo cual, para adquirirla es necesario importarla. Esto generaría un gran
gasto para el hotel, se estima que el costo del controlador y su importación
sería de $2000.00. Sin embargo, esta tarjeta puede ser remplazada por
componentes económicos y que se encuentran en el país, en este caso se
utilizará un PLC para cambiar el sistema de control de la lavadora además
de otros componentes que serán necesarios para poder realizar la
automatización.
El proceso de lavado automatizado representa una ventaja, dado que
mejoraría la calidad del proceso; respecto a costos, se ahorraría en
electricidad y agua, debido a que ya no sería necesario que el operario
controle el tiempo de acuerdo a su criterio, o que, por hacer una tarea
diferente, deje que la lavadora siga en funcionamiento por tiempo indefinido,
de igual modo se evitaría que llene el tambor de la lavadora con agua
manualmente. En el anexo 6 se puede ver un grafico comparativo el cual
demuestra que no hay mucha diferencia entre realizar un sistema de lavado
automático y un sistema de lavado integrando técnicas de control difuso.
1
(Human Machine Interface). Es la interfaz mediante la cual usuario se comunica con la máquina.
4
El alcance del proyecto se detalla a continuación:

La tarjeta original de control será remplazada por un PLC Zelio de la
marca Schneider. El PLC será programado para que realice los
diferentes procesos de forma automática.
Las variables manipuladas que deben ser tomadas en cuenta para el
funcionamiento del proyecto son:

Un sensor de nivel; este se encargará de indicar el nivel de agua dentro
del tanque.

Un switch magnético, como indicador del estado de la puerta; es decir
para conocer si la puerta se encuentra abierta o cerrada.

Cinco pulsadores; los cuales accionaran cuatro diferentes programas y el
quinto pulsador será el encargado del paro de emergencia.
Las variables controladas dentro de este proyecto se detallan a continuación:

Giro a baja velocidad en sentido horario.

Giro a bajo velocidad en sentido antihorario.

Giro a alta velocidad en sentido antihorario.

2 válvulas una para controlar el ingreso y otra para controlar la extracción
de agua

Tres luces indicadoras, una verde para indicar que la lavadora está
realizando algún proceso, una luz roja para indicar el paro de emergencia
y que la puerta está abierta, y una luz amarilla para indicar que el
proceso de lavado ha terminado.
Para llevar a cabo la factibilidad técnica de este proyecto se han buscado
herramientas que se consiguen en el mercado local y metodologías
adquiridas durante los estudios.
Es necesario determinar que PLC es el apropiado para la tarea de control,
para esto se seleccionó entre dos marcas de PLC, los cuales son Siemens y
Schneider. Para esto se presenta a continuación una tabla comparativa entre
2 PLCs de distintas marcas.
5
Tabla 1. Comparación Zelio vs LOGO
Características
LOGO! 230 Siemens
Velocidad de respuesta a las
salidas
Memoria de programación
100ms
Comunicación
Entradas/Salidas digitales
Temperatura
de
funcionamiento
Temperatura
de
almacenamiento
Protección
No
8E/4S
0…50°C
200 bloques en FBD
120 líneas en Ladder
No
12E/8S
-22…50°C
-40…70°C
-40…70°C
IP20
IP20
Tiempo de respaldo a 25°
80 horas
10 años
Display Incorporado
Si
Si
No
Si
Capacidad
para
mensajes en su
display
emitir
propio
200 bloques
Zelio
SR2
Schneider
10ms
B201FU
Se opto por el PLC Zelio SR2 B201FU de Schneider, debido a que supera
en varios aspectos al LOGO! 230 de Siemens, que son:

Cantidad necesaria de entradas y salidas.

La velocidad de respuesta en las salidas es superior.

El tiempo de respaldo de los datos es mayor.

Capacidad de mostrar mensajes en su propio display.
El software que se utilizara para la programación del PLC es el Zelio Soft 2.0
propio de la marca Schneider ya que es el único software que el PLC admite.
Para realizar el diseño 3D del sistema se realizó una comparación entre los
software CAD2 Solidworks y Autodesk Inventor.
2
Computer-aided design. Es el uso de la computadora como herramienta de diseño
6
Tabla 2. Comparación SolidWorks vs Autodesk Inventor
Características
Requerimientos del sistema
Soporte técnico
Interfaz de usuario
Facilidad de uso
Moldeamiento de piezas 3D
Trabajo con ensambles
Integración con aplicaciones externas
Simulación
Total
SolidWorks
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
4.0
5.0
39.0
Autodesk Inventor
4.5
5.0
5.0
5.0
5.0
4.0
3.0
5.0
36.5
Para el diseño y la simulación del proyecto se utilizará la herramienta CAD
SolidWorks, que por muy poco supera a Autodesk Inventor. Sumado a esto
se tiene mayor experiencia con el diseño en SolidWorks.
SolidWorks es un software que permite el moldeamiento mecánico de piezas
en 3D, trabajar de forma sencilla y organizada con varias piezas para
realizar ensamblajes de las mismas.
Permite realizar simulaciones del modelo.
Puede ser integrado con aplicaciones externas como Matlab y Labview.
Para este proyecto se usará Matlab debido a que es una herramienta más
robusta para realizar modelos matemáticos. La experiencia que se posee
sobre la misma es mayor comparado con Labview.
Tabla 3. Comparación Matlab vs Labview
Características
Requerimientos del sistema
Soporte técnico
Interfaz de usuario
Facilidad de uso
Herramientas
Integración con aplicaciones externas
Total
Matlab
5.0
5.0
4.0
4.0
5.0
4.0
Labview
4.5
5.0
5.0
3.0
4.0
3.0
27.0
24.5
Permite la integración con aplicaciones como SolidWorks y así mismo con
Labview. Los parámetros de control pueden ser configurados en Matlab y
realizar la simulación con el modela diseñado en Solidworks.
7
En la siguiente tabla se presenta el estudio de viabilidad económica para la
realización del proyecto.
Tabla 4. Viabilidad Económica
Descripción
Cant.
Valor
Unitario
Total
Elementos
$
409,20
$
100,00
$
76,00
Mano de obra
$
400,00
TOTAL
$
985,20
Adaptador Serial – Usb
1 $
15,00
$
15,00
Pulsadores 16mm
5 $
1,24
$
6,20
C20
1 $
12,00
$
12,00
C60N
Cable PC-PLC
SR2CBL01
1 $
23,00
$
23,00
1 $
80,00
$
80,00
LC1-D09
3 $
35,00
$
105,00
Luces piloto 22mm
3 $
2,00
$
6,00
Sensor de nivel
1 $
10,00
$
10,00
Sensor magnético
1 $
2,00
$
2,00
Zelio SR2B201FU
1 $
150,00
$
150,00
Software de control
Programa de PLC
$
100,00
$
100,00
Herramientas
Juego Pinzas
1 $
20,00
$
20,00
Juego Destornilladores
1 $
26,00
$
26,00
Taladro
1 $
30,00
$
30,00
Para realizar este proyecto se requiere una inversión de novecientos
ochenta y cinco dólares americanos con veinte centavos.
8
2. MARCO DE REFERENCIA
2. MARCO DE REFERENCIA
2.1.
MARCO TEÓRICO
2.1.1. PLC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLORES)
Controladores Lógicos Programables o PLC por sus siglas en ingles, son
miembros de la familia de las computadoras, los cuales usan circuitos
integrados en lugar de dispositivos electromecánicos para implementar
funciones de control.
Son una forma especial de controladores basados en microprocesadores
que
utilizan
memoria
programable
para
almacenar
e
implementar
instrucciones, tales como secuenciación, temporización, conteo, aritmética,
manipulación de datos, y comunicación, para controlar máquinas industriales
y procesos. (Bolton W, 2006)
Definido de una forma más simple los PLCs pueden ser considerados como
computadoras industriales con arquitectura especialmente diseñada tanto en
su unidad central (el PLC en sí) y su circuitería de interfaz con los
dispositivos de campo (conexiones de entrada y salida con el mundo real).
Figura 3. Controlador Lógico Programable
(Bolton, 2006)
9
Figura 4. PLCs de diferentes marcas, de izquierda a derecha: Mitsubishi,
Schneider, Siemens
De acuerdo con Bolton W (2000) el hardware del PLC está compuesto por
los siguientes elementos:
1. La unidad de proceso, unidad central de proceso o CPU (Central
Processing Unit) es la unidad que contiene al microprocesador que se
encarga de interpretar las señales de entrada y enviar las señales de
salida a los dispositivos para realizar las acciones de control, de acuerdo
al programa que este almacenado en su memoria.
2. La fuente de poder es necesaria para convertir el voltaje AC en voltaje
DC, la conversión de voltaje depende del nivel de voltaje que el PLC
necesite para su funcionamiento.
Por ejemplo el PLC que se va a utilizar en este trabajo no necesita una
fuente de poder para convertir el voltaje, este PLC es capaz de funcionar
con 120 VAC.
3. El dispositivo de programación, los PLCs tienen su respectivo software
para poder ser programados, software que se instala en una
computadora, esto convierte a las computadoras en el dispositivo de
programación. El programa es desarrollado en la aplicación de
computadora y luego es transferido a la memoria del PLC. Algunos PLCs
permiten ser programados desde su propio panel de control ubicado en el
mismo PLC.
10
4. La unidad de memoria, es donde se almacena el programa que es
utilizado por el microprocesador para tomar las acciones de control.
5. Los puertos de entrada y de salida, es donde el procesador recibe la
información de los dispositivos externos de entrada y comunica la
información a los dispositivos externos de salida. Las entradas pueden
ser switches, pulsadores, sensores como foto-celdas, sensores de
presión, de temperatura, de nivel, o de flujo, etc. Las salidas son los
actuadores como motores, válvulas, etc.
Los dispositivos de entrada y de salida pueden ser clasificados por
utilizar señales discretas, digitales o análogas. Dispositivos que utilizan
señales discretas o digitales son los que manejan señales on/off, por
ejemplo un pulsador es un dispositivo que envía una señal discreta, es
decir hay voltaje (on) o no hay voltaje (off). Dispositivos que utilizan
señales análogas son los que sus señales son proporcionales al tamaño
de la variable que está siendo monitoreada, por ejemplo un sensor de
temperatura entrega un voltaje proporcional a la temperatura que se está
midiendo.
6. La interface de comunicación, es utilizada para recibir y transmitir
información en una red de comunicación desde o hacia otros PLCs. Esto
se refiere a acciones como verificación de dispositivos, adquisición de
datos, sincronización entre las aplicaciones del usuario y gerencia de
conexión.
Figura 5. Arquitectura del PLC
(Bolton, 2006)
11
2.1.2. PLCS CONTRA OTROS TIPOS DE CONTROL
2.1.2.1. Plcs Contra Control Por Relés
Conforme a varios estudios realizados
(Bryan L.A, & Bryan E.A 1997;
Petruzella, F, 2005) por años los ingenieros, gerentes de planta, etc, se han
preguntado si utilizar control por medio de relés, o utilizar un PLC.
Cuando se tenga que decidir entre estos dos tipos de control se tiene que
considerar las siguientes preguntas:

¿Se necesita flexibilidad para realizar cambios en la lógica de control?

¿Se necesita mucha exactitud?

¿Hay espacio suficiente para la instalación?

¿Es necesaria la adquisición de datos?

¿Habrá cambios frecuentes en la lógica de control?

¿Habrá la necesidad de una modificación rápida?

¿Sera necesario utilizar el mismo control lógico en máquinas diferentes?

¿Cuáles serán los costos totales en caso de un futuro crecimiento?
Los méritos de sistemas con PLCs los hace especialmente adecuados para
aplicaciones
en
las
cuales
los
requerimientos
antes
citados
son
particularmente importantes para la viabilidad económica del proceso.
La implementación de sistemas que usan electromecánica estándar y
temporizadores harían que el panel de control este lleno de una gran
cantidad de cables que no permitan una apropiada presentación, e inclusive
el mantenimiento se haría más complicado.
Si un sistema requiere flexibilidad o un crecimiento en el futuro, un sistema
de control basado en un PLC representa una ventaja respecto a la inversión
que se haya realizado inicialmente ante un sistema de control con relés.
Aun cuando no se requiera de flexibilidad o una futura expansión, un sistema
de PLC puede ser beneficioso al momento de dar mantenimiento.
12
Dado que los PLCs tienen un corto ciclo de escaneo, permite que la
productividad de las máquinas que previamente estaban bajo control
electromecánico se incremente considerablemente.
Aunque el sistema de control de relés, cueste menos inicialmente, esta
ventaja se pierde si el tiempo de inactividad de la producción debido a fallas
es alto.
2.1.2.2. PLCs contra Computadoras
La arquitectura del CPU de un PLC es básicamente la misma de una
computadora de propósito general, sin embargo, algunas características
importantes los hace diferentes.
A diferencia de las computadoras los PLCs están específicamente diseñados
para resistir las condiciones del ambiente industrial. Un PLC bien diseñado
puede ser ubicado en un área con cantidades sustanciales de ruido eléctrico,
interferencia electromagnética, vibración mecánica, y ambientes húmedos.
Los PLCs están diseñados para que los técnicos puedan utilizarlos
fácilmente. La interfaz de hardware es parte del mismo PLC lo que hace que
sea más fácil de conectar.
Las computadoras en si no son un rival directo de los PLCs, más bien son un
aliado en la implementación de sistemas automáticos.
Los PLCs y las computadoras se diferencian en la forma en que se conectan
con los dispositivos de campo. Mientras que las nuevas computadoras
industriales pueden soportar ambientes industriales, la conexión con los
dispositivos de campo aun presenta dificultades. Estas computadoras deben
comunicarse con interfaces de entrada/salida que no son necesariamente
diseñadas para ellas, y sus lenguajes de programación no llegan a los
estándares del diagrama de programación ladder.
13
De todas formas las computadoras son utilizadas como dispositivo de
programación de los PLCs. Las computadoras también son usadas para
recoger la información del PLC y mostrar información acerca del proceso o la
máquina.
Tabla 5. Ventajas de los PLCS
Característica
Componentes de estado solido
Memoria programable
Beneficio
Alta seguridad
 Simplifica cambios
 Control Flexible
Tamaño pequeño
Requerimiento mínimo de espacio
Basado en microprocesadores
 Capacidad de comunicación
 Alto desempeño
 Alta calidad de productos
 Capacidad multifuncional
Temporizadores/contadores por software
 Elimina hardware
 Niveles cambiados fácilmente
Control de relés por software
 Reduce costos de cableado y hardware
 Reduce requerimiento de espacio
Arquitectura modular
 Flexibilidad de instalación
 Facilidad de instalación
 Reduce costo de hardware
 Capacidad de expansión
Variedad de interfaces de entrada y salida
 Controla variedad de dispositivos
 Elimina controles personalizados
Estaciones remotas de entrada y salida
Elimina cableados extensos
Indicadores de diagnostico
 Reduce el tiempo de resolución de
problemas
 Funcionamiento apropiado de la señal
Interface de entrada y salida modular
 Apariencia clara del panel de control
 Facilidad de cableado
 Fácil de mantener
Desconexión rápida de entradas y salidas
Servicio sin desarmar el cableado
Variables del sistema almacenado en la  Útil Mantenimiento y Administración
memoria de datos
 Puede ser extraído en forma de reporte.
(Bryan, 1997)
2.1.3. SISTEMAS DE CONTROL
La Mecatrónica basa su estudio en los sistemas de control. Para el
desarrollo de un sistema mecatrónico no se puede simplemente realizar un
análisis desde un solo punto de vista. La mecatrónica permite realizar un
análisis en conjunto con varios campos tales como el eléctrico, electrónico,
mecánico, de programación y de control.
14
“El sistema más simple es en el que puede considerarse como una
estructura cerrada, en la que se tiene una sola entrada y una salida, y lo que
interesa es la relación que existe entre estas dos variables” (ABC de la
mecatrónica, p. 2).
Según la teoría de control, un sistema o proceso está conformado por
elementos relacionados entre sí, los cuales ofrecen señales de salida en
función de datos de entrada.
El conocimiento preciso de la relación entre la entrada y la salida permite
realizar un control adecuado sobre nuestro proceso.
La Mecatrónica, en el área de control se apoya en desarrollos tecnológicos
refiriéndose a transductores, sensores, actuadores, sistemas de medición,
microprocesadores, microcontroladores, PLCs, y hasta computadores.
Figura 6. Estructura de los sistemas de control
2.1.3.1. Características de un sistema de control
De acuerdo con los estudios de Ogata, K, (2002) se indican las
características de los sistemas de control:
Variable manipulada. Es la cantidad o condición variada por el controlador
para obtener la salida deseada. Se la podría considerar como la entrada.
15
Variable controlada. Es la cantidad o condición obtenida, que se desea
controlar. Puede ser tomada como la salida del proceso.
Perturbaciones. Son señales que afectan el valor de la salida del sistema
de control. Estas pueden ser internas o externas.
Retroalimentación. Esta característica le permite a un sistema de control el
comparar el valor que se desea obtener con el valor que se tiene en
realidad, para poder corregir el error que se produzca en el mismo.
2.1.3.2. Tipos de Sistemas de Control
2.1.3.2.1. Sistemas de lazo abierto
Son sistemas sencillos en los que la señal de entrada no se compara con la
señal de salida, por lo que poseen menos capacidad de control que los
sistemas de lazo cerrado.
Nise, N (2004) afirma que, al no poseer realimentación no es posible corregir
errores que se presenten por perturbaciones en el sistema, lo que lo hace un
sistema inestable.
El funcionamiento de este tipo de sistemas depende solamente de su
calibración.
“Un sistema de control en lazo abierto utiliza un dispositivo de actuación para
controlar el proceso directamente sin emplear realimentación” (Dorf &
Bishop, 2005, p. 2).
Un ejemplo de un sistema de lazo abierto puede ser el uso de un aire
acondicionado en una habitación. El aire está configurado para mantener
una temperatura de 25°C, pero este no posee un indicador que le diga que
la temperatura de la habitación se encuentra realmente en 25°C, todo
depende de cómo fue calibrado.
16
Controlador
Temperatura
deseada
Equipo de aire
acondicionado
Temperatura de
la habitación
Figura 7. Ejemplo de sistema de lazo abierto
2.1.3.2.2. Sistemas de lazo cerrado
Son sistemas con mayor grado de complejidad. Poseen realimentación entre
la entrada y la salida, por lo que estos sistemas son capaces de corregir
errores por perturbaciones que se presenten en el sistema, lo que lo hace un
sistema más robusto y estable. También son llamados sistemas de
realimentación.
“Un sistema de control en lazo cerrado usa una medida de la salida y la
realimentación de esta señal para compararla con la salida deseada” (Dorf &
Bishop, 2005, p. 3).
Su capacidad de control es mayor que los sistemas de lazo abierto, por lo
que estos sistemas son más utilizados en las industrias.
Temperatura
deseada
Controlador
Equipo de aire
acondicionado
Temperatura de
la habitación
Sensor
Figura 8. Ejemplo sistema de lazo cerrado
El mismo ejemplo del aire acondicionado puede ser tomado en cuenta, con
la diferencia que esta vez el sistema posee un sensor de temperatura
colocado para medir la temperatura de la habitación y así poder corregir en
caso de que la temperatura no sea 25 °C como en el ejemplo anterior.
Mandal, A (2006) clasifica a los sistemas como auto-corregibles y no autocorregibles, a los sistemas de lazo cerrado y a los sistemas de lazo abierto
respectivamente.
17
2.1.3.2.3. Control secuencial
Hay sistemas de control en los que la variable que se necesita controlar es el
tiempo. En un proceso que contiene varias etapas, estas se ejecutan en un
orden específico con la duración de tiempo que se le asigne a cada uno
(ABC de la mecatrónica).
Un buen ejemplo seria el del control de una lavadora de ropa.
Tabla 6. Ejemplo de control secuencial, control de una lavadora
Minutos
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Lavar
Llenar
Agitar
Centrifugar
Vaciar
X
X
X
X
13
14
15
16
17
X
X
X
X
Enjuagar/Secar
X
X
12
X
X
X
X
X X X
(ABC de la Mecatrónica)
X
X
X
X
X
X
X
2.1.4. TRANSDUCTORES Y SENSORES
Para poder captar variables del entorno físico y que el PLC pueda
interpretarla y tomar las acciones de control almacenadas en la unidad de
memoria es necesario utilizar dispositivos conocidos como sensores y
transductores.
Sinclair (2001) define a los transductores son dispositivos capaces de tomar
una variable y convertirla en otro tipo de variable.
De acuerdo con lo presentado en varias publicaciones (Onwubolu, 2005;
Morris, 2001) se puede afirmar que, un sensor es un dispositivo que tiene la
capacidad detectar o medir una variable física tomada del entorno por
ejemplo fuerza, presión, temperatura, volumen, etc. A su vez el sensor se
encarga de detectar o medir la variable física, transmitirla al transductor, el
cual se encarga de convertirla en una señal de tipo eléctrico para que el
dispositivo de control pueda interpretarla.
18
Los transductores pueden clasificarse en dos tipos según la señal
convertida: transductores análogos y transductores digitales.
Los transductores analógicos son aquellos que guardan una relación de
proporcionalidad entre la señal medida y la señal enviada, por ejemplo los
transductores de fuerza, mientras mayor fuerza se aplica, mayor es el voltaje
que se obtiene a la salida.
Los transductores digitales son aquellos que manejan niveles lógicos de
voltaje, estos pueden ser altos o bajos, por ejemplo los detectores de
metales, cuando se detecta un metal, envía un nivel lógico alto, y cuando no
se detecta ningún metal este envía un nivel lógico bajo.
Los sensores se pueden clasificar también como sensores activos y pasivos.
Los sensores activos son aquellos que pueden generar una señal sin
necesidad de una fuente externa de alimentación. Por ejemplo las celdas
fotovoltaicas, termocúplas, dispositivos piezoeléctricos, etc.
Los sensores pasivos son aquellos que necesitan de una fuente externa de
alimentación para poder general una señal. Por ejemplo sensores infrarrojos.
Figura 9. Transductor de presión
(ABC de la mecatrónica)
2.1.4.1. Switches
De acuerdo con lo publicado por Hackworth, J & Hackword R (2003) los
switches son dispositivos de entrada que pueden ser considerados como
19
sensores debido a que al ser activados estos envían una señal al dispositivo
de control.
Permiten el paso o la interrupción de la corriente al ser activados, sea esta
corriente DC o AC. Pueden ser normalmente abiertos o normalmente
cerrados. La interpretación de su señal también puede ser interpretada como
estados lógicos, cero lógico o uno lógico.
También hay swithces en forma de pulsador, de los cuales pueden ser
autoenclavados y otros sin efecto autoenclavador.
Normalmente se utilizan para que el operador ingrese la operación deseada.
Están compuestos por dos láminas laterales separadas, y una lamina central
que permite el contacto entre estas dos para que la corriente circule.
Figura 10. Switch on/off
(Sinclair, 2001)
20
Figura 11.Switch pulsador
(Sinclair, 2001)
2.1.4.2. Luces indicadoras
Todos los paneles de control usan luces indicadoras. La función de estas
luces es indicar el estado del funcionamiento de la máquina. (Hackworth, J &
Hackword R (2003)
Figura 12. Luces indicadoras
21
2.1.4.3. Sensor de nivel
Estos sensores permiten conocer la distancia ocupada por una sustancia ya
sea esta liquida o solida.
Existen varios tipos de sensores como: desplazamiento (flotador), presión,
radioactivo, capacitivo, ultrasonidos, conductividad, radar.
Cada uno tiene diferentes formas de funcionar pero todos cumplen con la
misma función.
Los sensores de presión también pueden ser utilizados para medir el
volumen de un líquido.
Figura 13. Sensor de nivel
2.1.5. ACTUADORES
Los actuadores son los elementos finales de control. Son elementos
irremplazables cuando se trata de sistemas de control de movimiento
mecatrónico.
22
Los actuadores son dispositivos que reciben la señal de salida enviada por la
unidad de control, generalmente reciben energía eléctrica y la convierten en
energía mecánica. Los actuadores también son una forma de transductores.
(Pons, J, 2005)
Existen 4 tipos de actuadores:

Electrónicos

Eléctricos

Hidráulicos

Neumáticos
Los actuadores son utilizados en sistemas mecatrónicos.
Para este proyecto se utilizan actuadores eléctricos ya que solo necesitan de
energía eléctrica como fuente de poder.
2.1.5.1. Motores Eléctricos
Los motores eléctricos son máquinas eléctricas que esencialmente
convierten la energía eléctrica en movimiento o trabajo mecánico a través de
medios electromagnéticos (Videla).
Los motores pueden dividirse en dos grandes grupos, en motores de
corriente continua y en motores de corriente alterna.
Básicamente los motores de corriente alterna se componen de dos partes,
del estator y del rotor.
“El rotor está constituido por chapas magnéticas de sección circular, con
agujeros periféricos que se rellenan con aluminio inyectado o centrifugado
unidos a ambos extremos por tapas del mismo material, constituyendo lo q
se denomina como rotor en jaula de ardilla o también rotor en cortocircuito,
por ser una resistencia muy pequeña”(Viloria, J, 2006, p. 269).
23
“El estator está constituido por chapas magnéticas, con ranuras abiertas en
las que se alojan los conductores que forman las bobinas” (Viloria, J, 2006,
p. 269).
El estator es la parte externa donde se encuentran las bobinas por las cuales
circula la corriente alterna para generar el campo magnético rotatorio.
El rotor es la parte interna que está unido a un eje de salida, es la parte del
motor que gira.
Los motores de corriente alterna se pueden clasificar por:
a) Por su velocidad de giro
1. Asíncronos
2. Síncronos
b) Por el tipo de rotor
1. Motores de anillos rozantes
2. Motores con colector
3. Motores de jaula de ardilla
c) Por su número de fases de alimentación:
1. Monofásicos
2. Bifásicos
3. Trifásico
2.1.5.1.1. Motor Jaula de ardilla
Acorde con las publicaciones (Hughes, 2006; Rodriguez, 2008) se puede
afirmar de los motores jaula de ardilla lo siguiente:
Es un motor de inducción que puede ser monofásico o trifásico que contiene
un rotor de jaula de ardilla. Generalmente los motores con este tipo de rotor
son llamados motores de jaula de ardilla, toman este nombre porque su rotor
se asemeja a las ruedas para hacer ejercicio de los hamsters.
24
Este tipo de motor se lo puede encontrar en casi todos los equipos
domésticos y en las industrias debido a su eficiencia, tienen buen
rendimiento, no poseen escobillas, lo que hace que su manteamiento sea
económico.
El rotor está formado por barras de aluminio o cobre distribuidas
longitudinalmente, conectados en sus extremos en corto circuito por medio
de unos anillos.
El estator posee devanados que hacen que el campo magnético rote
alrededor de rotor. Esto induce una corriente en las barras longitudinales. La
reacción que se produce entre el campo magnético y la corriente que circula
en las barras produce una fuerza electromotriz lo que hace que el rotor gire.
Este tipo de motores tienen un núcleo de hierro que sirve para llevar el
campo magnético a través del motor.
El rotor gira un poco más lento que el campo magnético, esto recibe el
nombre de deslizamiento, el cual aumento cuando se aumenta la carga.
Figura 14. Motor jaula de ardilla
(Hughes, 2006)
25
2.1.5.2. Electroválvulas
Para realizar control en sistemas neumáticos e hidráulicos se utilizan
válvulas para poder controlar el sentido del flujo de un fluido. Hay válvulas
que controlan si el fluido pasa o no, se las denomina válvulas on/off. (Bolton,
W, 2006).
Las electroválvulas son válvulas que para ser activadas necesitan de
corriente eléctrica. Hay varios tipos de válvulas, las hay normalmente
cerradas que al recibir el pulso eléctrico se abren, o normalmente abiertas
que al recibir el pulso eléctrico se cierran.
Las electroválvulas se componen de dos elementos: el solenoide, y la
válvula.
Dependiendo del tipo de electroválvulas algunas necesitan ser alimentadas
constantemente para pasar de un estado a otro, otras solo con un impulso
eléctrico pasan de un estado a otro, y con el siguiente pulso regresan a su
estado anterior, otras cuentan con un solenoide para abrir la válvula y otro
para cerrarla.
Figura 15. Electroválvula
26
2.1.6. LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN
En la actualidad existen tres lenguajes de programación que se han
difundido mayormente a nivel mundial, estos son:

Lenguaje de contactos o Ladder.

Diagrama de funciones.(FBD3)

Lenguaje Booleano (Lista de instrucciones).
De estos tres, el lenguaje de programación más popular es Ladder o
lenguaje de contactos, o de escalera.
Este lenguaje de programación se lo llama lenguaje de escalera porque se
asemeja a una con dos renglones rieles verticales y varias líneas
horizontales que representan los escalones. Los rieles verticales son de
alimentación, el riel izquierdo representa un conductor de tensión y el
derecho representa la tierra, en las líneas horizontales se encuentran los
circuitos de control que definen la lógica a través de funciones. (Musalem, R)
Su popularidad se le acredita a que está basado en diagramas eléctricos de
control clásicos. Cualquier persona con estos conocimientos le será muy
fácil adaptarse a este lenguaje de programación.
Para ejecutar un programa el PLC lo realiza en orden, de arriba hacia abajo
y de izquierda a derecha, primero los contactos y luego las bobinas.
La programación FBD utiliza bloques de funciones lógicas. Es muy cómodo
para técnicos que están acostumbrados a trabajar con circuitos de
compuertas lógicas.
A continuación se puede apreciar dos ejemplos de programación Ladder y
su equivalente en FBD.
3
Function Block Diagram. Diagrama de funciones
27
Figura 16. Ejemplo 1 de programación FBD
Figura 17. Ejemplo 1 de programación Ladder
28
Figura 18. Ejemplo 2 de programación FBD
Figura 19. Ejemplo 2 de programación Ladder
29
3. METODOLOGÍA
3. METODOLOGÍA
3.1. METODOLOGÍA MECATRÓNICA
“La mecatrónica está compuesta de “meca” de mecanismo y por “trónica” de
electrónica” (Yasakawa, citado en Bishop 2008, p).
“El termino mecatrónica se usa para describir la integración de sistemas de
control basados en microprocesadores, sistemas eléctricos y sistemas
mecánicos. Un sistema mecatrónico no es simplemente la unión de sistemas
eléctricos y mecánicos, y es más que un simple sistema de control: es la
integración completa de todo lo anterior” (W. Bolton, citado en Bishop 2008).
“Mecatrónica se refiere al diseño integrado de los sistemas buscando un
menor costo, una mayor eficiencia y mayor confiabilidad y flexibilidad desde
el punto de vista mecánico, eléctrico, electrónico, de programación y de
control” (ABC de la mecatrónica, p. 2).
He citado tres conceptos de diferentes autores sobre la definición de
mecatrónica, con los cuales se puede afirmar que la mecatrónica es la
integración de diferentes disciplinas que envuelven a los sistemas
mecánicos, eléctricos, electrónicos, de control, y para su metodología de
diseño se requiere hacer un análisis integrado de todas las disciplinas para
que este pueda ser flexible, rentable y confiable.
En el siguiente gráfico representa a los elementos claves de la Mecatrónica.
30
Figura 20. Elementos claves de la Mecatrónica
(Bishop, 2008)
3.1.1. ANÁLISIS DE REQUERIMIENTOS DEL PROYECTO
Para cumplir con lo planteado en este proyecto se requiere lo siguiente:

Descripción
de
componentes
eléctricos
motor,
válvulas,
luces
indicadoras, protecciones.

Descripción de componentes de control sensores, pulsadores, PLC,
lógica de control.

Diseño mecánico, ubicación de los componentes de la lavadora.
3.1.1.1. Actuadores
3.1.1.1.1. Motor
El motor de la lavadora en cuestión, se encuentra en buen estado por lo que
se lo puede utilizar. Este es un motor trifásico de inducción. Las
características del funcionamiento del motor son las siguientes:
El motor se encuentra conectado por medio de una polea, con diámetro de
6.5 cm, esta polea se comunica por medio de una banda elástica, con una
31
rueda de 49.3 cm de diámetro, esta rueda se conecta a un eje de 5 cm de
diámetro, están conectados por medio de una ranura para poder transmitir el
movimiento de giro. El eje está soldado al tambor de la lavadora. Este eje
interactúa con unos rodamientos dentro de la manzana, los cuales le
permiten girar.
El motor posee dos bobinados independientes lo que le permite girar a dos
velocidades distintas. A baja velocidad se controla el motor para que gire
tanto en sentido horario como antihorario. En la velocidad alta el motor solo
gira en sentido antihorario, esta velocidad se usa para el centrifugado.
Tabla 7. Características del motor de la lavadora
Características
Tipo
Bobinados
Voltaje de funcionamiento
Velocidad del motor
Potencia
Frecuencia de funcionamiento
Motor AC de la lavadora
Jaula de ardilla, motor de inducción
2
208…240 VAC
360/3450 RPM
330/1470 W
60 Hz
Figura 21. Motor AC de la lavadora
32
3.1.1.1.2. Válvulas
La
lavadora
necesita
de
2
electroválvulas,
una
válvula
para
el
abastecimiento y otra válvula para el drenado del agua que se utiliza en el
proceso.
Una vez que se acciona uno de los programas, la válvula de ingreso de agua
permite su paso, se mantiene activa hasta que el switch de nivel se active,
en ese momento esta válvula detiene su funcionamiento.
La válvula de desalojo de agua se activa en cada ciclo de drenaje.
Tabla 8. Características de las válvulas de agua
Características
Tipo
Voltaje de funcionamiento
Frecuencia de operación
Estado
Diámetro
Válvulas de abastecimiento
On/off
220VAC
60 Hz
4
NC
3/4”
Válvula de drenaje
On/off
220VAC
60 Hz
5
NA
2”
Figura 22. Válvulas de ingreso de agua
4
5
Normalmente Cerrado.
Normalmente Abierto.
33
3.1.1.1.3. Luces indicadoras
Las luces indicadoras que se usaran son luces de 22 mm de diámetro y con
voltaje de funcionamiento de 220 VAC.
Las luces indicadoras están directamente conectadas al PLC, se ubicaron 3
luces indicadoras, cumplen con el siguiente funcionamiento:

La luz verde realiza parpadeos con intervalos de un segundo cuando está
realizando un proceso.

La luz amarilla se parpadea durante 10 segundos una vez que el proceso
ha terminado.

La luz roja se enciende cuando se ha presionado el pulsador de paro de
emergencia o cuando la puerta se encuentra abierta.
Figura 23. Luces indicadoras 22 mm
3.1.1.2. Protecciones
3.1.1.2.1. Contactor LC1-D09
Se utilizaron 3 contactores LC1-D09 para el control del motor, los cuales son
activados por medio de la señal del PLC.
34
Los contactores reciben la señal del PLC y permiten que el motor reciba
alimentación.
Se necesitan 3 contactores de las mismas características para realizar el
control del motor, para poder cambiar entre las 2 velocidades que posee el
motor, y para poder cambiar el sentido de giro en la velocidad baja.
El contactor #1 activa el giro antihorario, el contactor #2 activa el giro horario
y finalmente el contactor #3 se lo utiliza para realizar el giro horario a
máxima velocidad.
Características
Tabla 9. Características contactor LC1-D09
Temperatura alrededor del dispositivo
Número de polos
Corriente máxima de operación
Voltaje máximo de operación
Limites de frecuencia
Protección por fusible de cortocircuito
Tiempo de operación
Almacenamiento
Operación
3
9A
690 V
25…400 Hz
20 A
Cerrando
-60…+80 °C
-5…+55°C
Abriendo
4…19 ms
12…22 ms
Figura 24. Contactor LC1-D09
35
3.1.1.2.2. Breaker de circuito de control
Este breaker se encarga de proteger al dispositivo de control. Normalmente
un PLC no consume mucha corriente, pero es necesario que se coloque una
protección ya que el PLC está conectado a la misma red que el motor. Una
vez que la corriente llega a 2 A este dispositivo se encarga de interrumpir el
paso de la corriente, abriendo su contacto para que el PLC no sufra daños.
Puede ser reactivado manualmente.
Características
Numero de polos
Voltaje
Corriente máxima
Tabla 10. Características breaker
1
230…240 VAC
2A
Figura 25. C60N
3.1.1.2.3.
Breaker de alimentación
Este dispositivo se encarga de proteger todo el circuito. Es la conexión entre
la alimentación y el circuito. Cuando la sumatoria de las corrientes que
circulan por cada uno de sus polos sobrepasa los 20A, el breaker se encarga
de automáticamente interrumpir el paso de la corriente y así evitar que los
36
elementos eléctricos conectados al breaker sufran daños. Puede ser
reactivado manualmente.
Características
Tabla 11. Características breaker DG63C20
Numero de polos
3
Voltaje
415 VAC
Corriente soportada
20 A
Temperatura calibrada
30°C
Frecuencia de operación
50/60 Hz
Figura 26. DG63C20
3.1.1.3. Sensores
3.1.1.3.1. Sensor de nivel de agua
El sensor encargado de medir el nivel de agua dentro del tanque de la
lavadora es un switch de presión. Este switch puede ser calibrado para
medir desde 6.3 hasta 8 pulgadas (9,1 – 20,3 mm) de agua, lo que produce
una presión de 0,22 a 0,28 psi (1,56 – 1,99 Kpa).
Funciona de la siguiente forma, mientras el agua ingresa al tanque, el aire
que ocupaba este espacio es desplazado a través de una manguera, el
37
contacto se acciona una vez que se ha alcanzado el nivel calibrado. El
switch dispone de contactos NA y NC, una vez que se activa el switch el
contacto NA se cierra y el contacto NA se abre. Para este proyecto se toma
la el contacto NA.
Figura 27. Sensor de nivel de agua
3.1.1.3.2. Pulsadores
Se utilizara pulsadores de 16 mm de diámetro y funcionamiento de 220 VAC.
Los pulsadores se encuentran directamente conectados al PLC para activar
los diferentes programas. Se ubicaron 4 pulsadores de color verde para los
diferentes programas y uno de color rojo para el paro de emergencia.
Figura 28. Pulsador 16 mm
38
3.1.1.3.3. Sensor magnético
Se colocó un sensor magnético en la puerta para conocer su estado, es
decir si se encuentra abierta o cerrada. El sensor está compuesto por dos
elementos magnéticos, un switch normalmente abierto y un imán
independiente.
El switch se lo colocó en el cuerpo de la lavadora y se lo conectó en serie
con la fuente y el PLC. El imán se lo situó en la puerta, de tal forma que al
cerrarse la puerta, el switch y el imán queden en paralelo y no muy
separados para que el imán active el switch y cierre el circuito.
Al momento de iniciar un programa de la lavadora, este no iniciará hasta que
la puerta se encuentre cerrada.
Mientras la puerta se mantenga abierta se mantendrá encendida la luz
indicadora de color rojo. En el Anexo 7 se encuentra una lista resumen de
las características de los elementos utilizados en el proyecto.
Figura 29. Sensor magnético
39
3.1.1.4. PLC (Controlador Lógico Programable)
El controlador que se utilizara en este proyecto es el PLC Zelio Logic modelo
SR2-B201FUde la empresa Schneider Electric.
Características
Tabla 12. Características PLC Zelio SR2B201FU
Velocidad de respuesta a las salidas
Memoria de programación
Comunicación
Entradas/Salidas digitales
Temperatura de funcionamiento
10ms
200 bloques en FBD
120 líneas en Ladder
No
12E/8S
-22…50°C
Temperatura de almacenamiento
-40…70°C
Protección
IP20
Tiempo de respaldo a 25°
10 años
Display incorporado
Si
Capacidad para emitir mensajes en su propio display
Si
Voltaje de alimentación
100…240VAC
Limites de volteje de alimentación
85…264 VAC
Frecuencia de alimentación
50/60 Hz
Corriente de alimentación
Consumo en VA
100 mA a 100 VAC
50 mA a 240 VAC
11 VA
Voltaje de isolación
1780 V
(Documento Zelio SR2-B201FU)
Figura 30. Zelio SR2-B201FU
40
2.1.1.1. Cálculos
Para realizar la simulación del funcionamiento del motor de la lavadora en
MATLAB es necesario obtener algunos datos del mismo, para esto se
realizaron los siguientes cálculos.
Cálculos
Potencia Aparente
= √3. .
Ecuación [1]
= √3 ∗ 220 ∗ 3.3 = 1.25 ∗ 10
Factor de Potencia
cos
=
=
330
1.25 ∗ 10
Ecuación [2]
= 0.264
Potencia Absorbida
= √3. . .
= √3 ∗ 220 ∗ 3.3 ∗ 0.264 = 331.97
Ecuación [3]
Intensidad Absorbida (Rendimiento)
Ecuación [4]
=
√3. . η. cosφ
Debido a que la incógnita es el rendimiento (η), se despeja para obtener su
valor.
=
√3. .
41
=
330
√3 ∗ 220 ∗ 3.3 ∗ 0.264
= 0.99
Rendimiento (Potencia Útil)
Ecuación [5]
=
Se despeja la incógnita que en este caso es la potencia útil.
=
∗
= 0.99 ∗ 331.97
= 328.65
Potencia Rotacional (Torque)
= .
Ecuación [6]
Para obtener el torque del motor es necesario despejar de la formula de
Potencia Rotacional.
=
Donde:
330
37.69
=
/
= 8.75
Pz = potencia aparente
cos
= factor de potencia
Pa = potencia absorbida
= rendimiento
Pu = potencia útil
I = intensidad absorbida
42
P = potencia rotacional
T = torque
= velocidad angular
U = voltaje de alimentación
Para revisar los cálculos de la velocidad angular 2 ( 2) véase Anexo 5.
.
2.1.1.2. Calculo de protecciones
=
×
Ecuación [7]
Donde:
IF = corriente de protección
K = constante de protección 2.0
IN = corriente nominal
= 2.0 × 3.3 = 6.6
Dado que la corriente de protección es de 6.6 A se seleccionó el contactor
LC1-D09 el cual opera con una corriente máxima de 9A, bajo estas
condiciones los contactores funcionaran bien y permitirán el correcto
funcionamiento del motor.
Para la selección del breaker de protección del circuito completo es
necesario sumar la corriente de protección por cada fase que posee el
circuito, en este caso se suma la corriente tres veces.
= (6.6 + 6.6 + 6.6) = 19.8
Por lo que se selecciono el breaker con valor inmediato superior, en este
caso el breaker DG63C20 se ajusta a los requerimientos.
43
El PLC solo necesita de una corriente de 50 mA para funcionar, pero puede
soportar hasta 2 A, por lo que se selecciono el breaker C60N.
3.1.2. DISEÑO SIMULTANEO DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA
Este es el resultado obtenido en base a los requerimientos del sistema. El
diseño 3D de los componentes se lo realiza en Solidworks. Estos elementos
son necesarios para poder realizar la simulación en Matlab.
Primero se realizaron los diseños de cada elemento por separado.
3.1.2.1. Motor AC
Figura 31. Diseño 3D motor AC
44
3.1.2.2. Zelio SR2B201FU
Figura 32. Diseño 3D Zelio SR2B201FU
3.1.2.3. Tambor
Figura 33. Diseño 3D tambor de la lavadora
45
3.1.2.4. Válvula de ingreso de agua
Figura 34. Diseño 3D válvula de ingreso de agua
3.1.2.5. Sensor de nivel
Figura 35. Diseño 3D sensor de nivel
46
3.1.2.6. C20
Figura 36. Diseño 3D breaker C20
3.1.2.7. C60N
Figura 37. Diseño 3D breaker C60N
47
3.1.2.8. LC109D
Figura 38. Diseño 3D contactor LC109D
3.1.2.9. Luz indicadora 22 mm
Figura 39. Diseño 3D luz indicadora 22mm
48
3.1.2.10. Pulsadores 16 mm
Figura 40. Diseño 3D pulsador 16mm
3.1.2.11. Lavadora
Este es el resultado final del diseño 3D en el cual se encuentran integrados
todos los componentes correspondientes a la lavadora. En el anexo 4 se
encuentran las medidas completas del modelo 3D.
Figura 41. Diseño 3D Ensamble de lavadora
49
3.1.2.12. Diagrama de flujo del programa
A continuación se presenta el diagrama de flujo del diseño de los programas
que serán accionados por los diferentes pulsadores ubicados en el panel de
control.
Los tiempos de cada ciclo de lavado son tiempos estándar obtenidos del
programa de otra lavadora de la misma marca.
3.1.2.12.1. Etapa de Enjuague
Figura 42. Diagrama de flujo etapa de Enjuague
Durante el etapa de enjuague arranca el motor en sentido anti horario a
velocidad baja durante 25 segundos, se detiene 3 segundos y luego vuelve a
50
arrancar el motor pero en sentido horario, lo hace durante 25 segundos, se
detiene y se repite el bucle hasta cumplir con el tiempo de 2:54 minutos que
dura la etapa completa, a su vez se abre la válvula de ingreso de agua al
tanque hasta que el sensor de agua detecte que está al nivel calibrado y se
cierra la válvula de ingreso de agua.
3.1.2.12.2. Etapa de Drenaje
Figura 43. Diagrama de flujo etapa de Drenaje
La Etapa de drenado el motor solo gira en sentido antihorario a velocidad baja y a
su vez se abre la válvula de drenado de agua, la válvula de ingreso de agua se
mantiene cerrada, esta etapa dura 1:00 minuto.
51
3.1.2.12.3. Etapa de Lavado
Figura 44. Diagrama de flujo etapa de Lavado
La etapa de lavado es similar a la etapa de enjuague con la diferencia que
en esta etapa el operador debe agregar el detergente, de la misma forma
gira el motor en sentido antihorario durante 25 segundos, se detiene 3
segundos para poder iniciar el giro en sentido horario durante 25 segundos
más, se detiene 3 segundos y se repite este bucle hasta completar 5:10
minutos, a su vez se abre la válvula de ingreso de agua hasta que el sensor
de agua indique que esta se encuentra al nivel calibrado.
52
3.1.2.12.4. Etapa de Centrifugado
Figura 45. Diagrama de flujo etapa de Centrifugado
Durante esta etapa el motor gira en sentido anti horario pero a la velocidad
alta durante 5:00 minutos.
La combinación de estas diferentes etapas conforman los diferentes ciclos
de lavado. Durante todas las etapas la luz indicadora de color verde
parpadea con intervalos de 1 segundo para indicar que la lavadora se
encuentra trabajando. La luz indicadora de color rojo se enciende cuando se
mantiene abierta la puerta o cuando se acciona el paro de emergencia.
Ningún proceso podrá ser iniciado si se mantiene abierta la puerta. Si se
abre la puerta o se acciona el paro de emergencia mientras la lavadora se
encuentra trabajando el proceso actual se dará por terminado. La luz
indicadora amarilla parpadea con intervalos de 1 segundo durante 10
segundos cuando todo el proceso haya terminado.
53
3.1.2.12.5. Programa 1
Figura 46. Diagrama de flujo Programa 1
54
3.1.2.12.6. Programa 2
Figura 47. Diagrama de flujo Programa 2
55
3.1.2.12.7. Programa 3
0
Lavadora en reposo
Pulsador 3 1
1
Lavado
5:10 min
2
5:00 min
Drenado
1:00 min
3
Enjuague
2:54 min
1:00 min
4
Drenado
Repetición = 2
5
Centrifugado
Figura 48. Diagrama de flujo Programa 3
56
3.1.2.12.8. Programa 4
0
Lavadora en reposo
Pulsador 4 1
5:00 min
2
Enjuague
2:54 min
1:00 min
3
Drenado
Repetición = 2
4
Centrifugado
Figura 49. Diagrama de flujo Programa 4
3.1.3. Simulación y Prototipo
Para el desarrollo de este sistema se realizo el diseño 3D del mismo en la
herramienta CAD SolidWorks, luego este modelo fue importado a través del
complemento Simmecanichs link, el cual genera un archivo de extensión
“.xml” para que el modelo pueda ser interpretado por Matlab.
Con este archivo Matlab genera el diagrama de bloques del sistema. Para
poder simular dentro de Matlab es necesario que se agreguen otros
componentes.
57
Figura 50. Diagrama de bloques del modelo
Powergui
El bloque de Powergui es necesario para la simulación de cualquier modelo
de Simulink que contenga bloques SimPowerSystems. Se utiliza para
almacenar el equivalente del circuito de Simulink que representa las
ecuaciones espaciales de estado del modelo.
Este bloque es necesario para que los bloques Three-Phase Programmable
Voltage Source, Asynchronous Machine, Machine Measurement Demux
puedan funcionar.
Figura 51. Bloque Powergui
58
Fuente de Voltaje Trifásica Programable (Three-Phase Programmable
Voltage Source)
Este bloque genera una onda de voltaje sinusoidal trifásica con parámetros
variantes en el tiempo. Se puede programar la variación del tiempo para la
amplitud, fase, o la frecuencia del componente fundamental de la fuente.
Además, dos armónicos pueden ser programados y superpuestos en la
señal principal.
Se encarga de suministrar el voltaje de alimentación al motor de la lavadora.
Figura 52. Bloque de fuente de voltaje trifásica programable
Máquina Asíncrona (Asynchronous Machine)
Este bloque opera como un generador o como un motor. El modo de
operación está determinado por el signo de torque mecánico:

Si Tm es positivo, la máquina actúa como un motor.

Si Tm es negativo, la máquina actúa como un generador.
La parte eléctrica de la máquina esta representada por un modelo espacial
de cuarto orden y la parte mecánica por un sistema de segundo orden.
Todas las variables eléctricas y parámetros se refieren al estator.
59
Sistema eléctrico
Donde:
=
+
+
=
+
′
=
+
−
=
+
′
′
= ′ ′
+
′
+( −
) ′
′
= ′ ′
+
′
−( −
) ′
= 1.5 (
Sistema Mecánico
)
=
=
1
(
2
−
′
= ′ ′
=
+
′ = ′ +
−
+
)
Figura 1. Bloque de máquina asíncrona
60
En los pines A, B, C se conecta la alimentación del motor, en el pin Tm se
indica el torque, y el pin m proporciona la salida es decir produce el
movimiento del motor.
Máquina de Medición Demultiplexor (Machine Measurement Demux)
Divide la medida de una señal del modelo de una máquina en varias
señales.
Para este sistema este bloque se lo utiliza para medir la velocidad y el
ángulo de rotación del rotor.
Figura 54. Bloque Máquina de medición demultiplexor
Switch Manual (Manual Switch)
Este bloque es un conmutador que selecciona una de las dos entradas para
darle paso a través de la salida. Este switch puede ser manipulado antes de
comenzar la simulación o durante la misma.
Se lo utiliza para asignar manualmente un torque cero para el arranque del
motor y luego se asigna la constante dos.
Figura 55. Bloque Switch manual
61
Constante (Constant)
Este bloque genera un valor constante real o complejo. El bloque puede
generar un escalar, vector, o una salida matricial dependiendo de la
dimensión del parámetro de la constante y el ajuste del vector que interpreta
los parámetros como un parámetro de una dimensión.
Para el caso de la simulación se utiliza una constante escalar real, se tienen
las constantes cero y dos.
Figura 56. Bloque Constante
Tierra (Ground)
El bloque de tierra se lo utiliza para realizar la conexión a tierra de la fuente
trifásica.
Derivador (Derivative)
El bloque de derivado aproxima las derivadas de su entrada calculando
donde du es el cambio del valor de la entrada y dt es el cambio de tiempo
desde el intervalo de tiempo de simulación previo. El bloque acepta uno
entrada y genera una salida. La salida inicial del bloque es cero.
La precisión del resultado depende del tamaño
del intervalo de tiempo
tomado en la simulación. Intervalos más pequeños permiten una curva de
salida más suave y más precisa de este bloque.
Este bloque es utilizado para obtener la derivada de la velocidad angular con
lo cual se obtiene la aceleración del motor.
62
Figura 57. Bloque Derivador
Saturación (Saturation)
El bloque de saturación impone límites superior e inferior a una señal.
Cuando la señal de entrada se encuentra dentro del rango especificado por
el límite inferior y límite superior, la señal de entrada no sufre ningún cambio.
Cuando la señal esta fuera de estos límites, el bloque ajusta la señal al límite
superior o inferior. Cuando los límites superior e inferior tienen el mismo
valor el bloque tiene como resultado ese valor.
Figura 58. Bloque Saturación
Osciloscopio (Scope and Floating Scope)
Este bloque muestra su entrada con su respectivo tiempo de simulación.
Este bloque está mostrando la velocidad de entrada y la velocidad de salida.
Figura 59. Bloque Osciloscopio
63
Multiplexor (Mux)
Combina sus varias entradas en un solo vector como salida. Una entrada
puede ser un escalar o una señal vectorial. Todas sus entradas deben ser
del mismo tipo del mismo tipo de datos y del mismo tipo numérico. Los
elementos del vector de salida toman su orden desde arriba hacia abajo o de
izquierda a derecha de los puertos de las señales de entrada.
En este sistema toma las señales de velocidad, ángulo de rotación del rotor
y la aceleración y se las transmite al subsistema que contiene el modelo de
la lavadora.
Figura 60. Bloque Multiplexor
Subsistema (Subsystem, Atomic Subsystem, Nonvirtual Subsystem,
CodeReuse Subsystem)
El bloque de subsistema contiene a un sistema. Puede representar
subsistemas virtuales o sistemas no virtuales. En este caso este bloque es el
que contiene el diagrama de bloques de la lavadora. Ver Anexo 3.
Figura 61. Bloque Subsistema
Este es el modelo que se genera a partir de la importación del diseño 3D en
Solidworks. Dentro de Matlab este es el modelo utilizado para la simulación,
en el cual se genera el movimiento del tambor de la lavadora de acuerdo con
los datos del motor ingresados para la simulación.
64
Figura 62. Modelo 3D importado a MATLAB
Inicialmente se arranca el motor con un torque de cero y a los 0.3 segundos
se le asigna un torque superior, y a los 0.6 segundos el motor alcanza el
equilibrio, es decir alcanza la velocidad para la cual fue diseñado el motor.
En los siguientes cuadros se pueden apreciar los resultados del proceso de
equilibro para que el motor alcance la velocidad deseada.
65
Figura 63. Velocidad de entrada
Figura 64. Velocidad de salida
66
4. DESARROLLO DEL PRODUCTO MECATRÓNICO
4. DESARROLLO DEL PRODUCTO MECATRÓNICO
4.1. CONSTRUCCIÓN DEL SISTEMA
Se instalo el sistema eléctrico para poder controlar y proteger el motor y el
sistema de control. Los elementos que se instalaron fueron las protecciones
del motor y los contactores para el control del mismo, la protección para el
PLC, el PLC, y se realizo el cableado de estos elementos.
Figura 65. Instalación de protecciones, contactores y PLC
Adecuación de luces y pulsadores
Se instaló los sensores y actuadores que la lavadora no poseía, entre estos
los pulsadores, las luces indicadoras y el sensor magnético para conocer el
estado de la puerta.
67
Por medio de un taladro se perforo el material de la lavadora, se realizaron
sin agujeros para colocar los 5 pulsadores de 16 mm de diámetro.
Figura 66. Perforación para pulsadores
Figura 67. Panel Frontal perforado, pulsadores
El diagrama eléctrico de la instalación realizada esta descrito en el Anexo 2.
.
68
Se instalaron los pulsadores.
Figura 68. Instalación de pulsadores
Para los agujeros de las luces indicadoras se uso primero un taladro y luego
un saca bocados para poder obtener el diámetro de las luces el cual es de
22 mm.
Figura 69. Perforación para luces indicadoras 1
69
Figura 70. Perforación para luces indicadoras 1
El sensor magnético posee unos adhesivos para su colocación. El imán se
instaló en la puerta.
Figura 71. Instalación sensor magnético en la puerta
Para instalar el switch magnético tuvo que ser removida la tapa delantera,
instalar el switch paralelamente al imán antes instalado.
70
Figura 72. Instalación sensor magnético en la estructura
Se desarrollo el programa que controla la lavadora en Zeliosoft que es el
software propio de la compañía Schneider para este PLC. Se transfirió el
programa a la lavadora a través del cable de comunicación serial adaptado
con un conversor serial a usb y se realizaron pruebas con el producto físico.
Figura 73. Programación del PLC
71
Al final se etiqueto los pulsadores para la facilidad de manipulación de la
lavadora por medio de los operadores. Se enumero los pulsadores del uno al
cuatro y al pulsador de paro de emergencia se lo represento con la letra E.
En el Anexo 8 se describe como se debe manipular el equipo.
Figura 74. Pulsadores etiquetados
72
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1. CONCLUSIONES

Se automatizó el sistema de control de la lavadora industrial remplazando
el sistema de control electromecánico por un sistema de control
electrónico para rehabilitar las funciones de la lavadora.

Se diseñó e implementó un sistema de control capaz de realizar el
proceso de lavado de forma automática.

Se diseñó e implementó diferentes ciclos de lavado en la lavadora
industrial a través de la programación de un PLC Zelio Logic.

Se implementó una HMI constituida por cinco pulsadores para
manipulación del dispositivo, y tres luces indicadoras del estado del
mismo.

El modo de supervisión que posee el software ZelioSoft facilitó la tarea
de programación, ya que este nos permite visualizar en la computadora si
la lavadora está funcionando de acuerdo a lo programado.
5.2. RECOMENDACIONES

Implementar una pantalla en la que el usuario pueda ver qué proceso se
está realizando.

Remplazar detergente líquido por detergente en polvo para poder
habilitar el dispensador automático de detergente.

Implementar conexión a tierra para evitar daños en los equipos en caso
de que se produzca una falla eléctrica.

Desarrollar un sistema de supervisión remoto que le permita conocer el
estado de la lavadora.

Desarrollar un sistema para aprovechar el agua residual del proceso de
lavado.
73
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77
ANEXOS
Anexo 1: PROGRAMA EN ZELIOSOFT
78
Anexo 2: CIRCUITO IMPLEMENTADO
DESCRIPCIÓN
PROTECCIONES

DG63C20

C60N

LC1-D09
79
PLC
Entradas

I1 = Pulsador 1

I2 = Pulsador 2

I3 = Pulsador 4

I5 = Pulsador 5

I6 = Sensor de nivel de agua

IB= Sensor magnético de la puerta
Salidas

Q1= Velocidad baja horaria

Q2= Velocidad baja antihoraria

Q3=Velocidad alta antihoraria

Q4= Válvula de desagüe

Q5= Válvula de ingreso de agua

Q6= Luz verde

Q7= Luz roja

Q8= Luz amarilla
80
Anexo 2: SUBSISTEMA DE LA LAVADORA EN MATLAB
81
Anexo 4. PLANO DE ENSAMBLE DE LA LAVADORA
82
Anexo 1. CÁLCULOS
Potencia Aparente
= √3 ∗ 220 ∗ 2.1 = 8 ∗ 10
Factor de Potencia
=
Potencia Absorbida
1470
8 ∗ 10
= 1.8375
= √3 ∗ 220 ∗ 2.1 ∗ 1.8375 = 1470.38
Intensidad Absorbida (Rendimiento)
=
1470
√3 ∗ 220 ∗ 2.1 ∗ 1.8375
= 0.99
Rendimiento (Potencia Útil)
=
= 0.99 ∗ 1470
∗
Potencia Rotacional (Torque)
=
1470
361.28
/
= 1455.67
= 4.06
83
Anexo 6. COMPARACIÓN CONTROL DEL LAVADO
(Rodríguez, 2001)
84
Anexo 7. LISTA DE ELEMENTOS
Elementos
Dispositivo de control
Zelio SR2B201FU
Características
Entradas/Salidas
Alimentación
12/8
110 – 240VAC
Lenguaje de
programación
FBD/Ladder/Grafcet
Entradas
Diámetro
Alimentación
16mm
110 - 230 VAC
Tipo
Rango de trabajo
Sensor de nivel
switch de presión
6.3-8"/9,14 - 20,32 cm
Sensor magnético
switch magnético
2.25 cm
Pulsadores
Salidas
Electroválvula de ingreso de
agua
Electroválvula de drenado
Diámetro
Estado
Bobina
3/4"
NC
220 VAC
2"
NA
220 VAC
Luces piloto
Diámetro
Alimentación
22 mm
110 – 230 VAC
Alimentación
Potencia
Velocidad
Motor
208…240 VAC
330/1470 W
360/3450 RPM
Protecciones
Capacidad de
disipación
Tipo
DG63C20
20 A
Térmico
C60N
2A
Fusible
LC1-D09
Capacidad de
disipación
9A
Tipo
Bobina
Contactor
220 VAC
85
Anexo 8. CREACIÓN DE GUÍAS Y MANUALES DE FUNCIONAMIENTO
INTRODUCCIÓN
Información de Seguridad
Advertencia

El área en la que se encuentra la lavadora debe estar libre de
combustibles, materiales como papel, pelusas de ropa, o químicos, etc.

No se debe tocar el enchufe con la mano mojada.
Precaución

No intente reparar ni reemplazar componentes del artefacto.
Utilizar la máquina con repuestos inapropiados podría causar incendio o
descarga eléctrica.

No desarmar los controles.
Podría causar avería, o podría llevar una descarga eléctrica.

Para desconectar el artefacto agarre el enchufe, no jale el cordón de
alimentación.
86
IDENTIFICACIÓN DE PARTES
Cuerpo
1
2
3
4
5
1. Compartimiento de detergente
2. Panel de control
3. Tambor
4. Puerta
5. Manija de la puerta
87
Panel de Control
1
2
6
3
4
7
5
8
El panel de control se encuentra compuesto por 5 pulsadores y 3 luces
indicadoras.
1. Ejecuta programa numero 1
2. Ejecuta programa numero 2
3. Ejecuta programa numero 3
4. Ejecuta programa numero 4
5. Paro de emergencia
6. Luz indicadora de final de ciclo.
7. Luz indicadora de lavadora en uso.
8. Luz indicadora de paro emergencia y error.
FUNCIÓN LUCES INDICADORAS
Cuando ninguna luz se encuentra encendida significa que la lavadora se
encuentra en espera.
88
Luz verde
La luz indicadora de luz verde parpadea con intervalos de un segundo
cuando se encuentra realizando el proceso de lavado.
Luz roja
Esta luz se enciende cuando la puerta se encuentra abierta o cuando se
presiona el pulsador de paro de emergencia.
Luz Amarilla
Esta luz parpadea en intervalos de 1 segundo durante 10 segundos cuando
la lavadora ha terminado el proceso.
PROGRAMAS DE LA LAVADORA
Programa numero 1
Ejecuta los siguientes procesos Enjuague (2:54min), Drenado (1:00min),
Enjuague (2:54min), Drenado (1:00min), Lavado (5:10min), Drenado
(1:00min), Enjuague (2:54min), Drenado (1:00min), Enjuague (2:54min),
Drenado (1:00min), Exprimido (5:00min). Este programa se ejecuta en un
total de 26:46 min.
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Programa número 2
Ejecuta los siguientes procesos Enjuague (2:54min), Drenado (1:00min),
Lavado (5:10min), Drenado (1:00min), Enjuague (2:54min), Drenado
(1:00min), Enjuague (2:54min), Drenado (1:00min), Exprimido (5:00min).
Toma un total 22:52 min.
Programa número 3
Ejecuta los siguientes procesos Lavado (5:10min), Drenado (1:00min),
Enjuague (2:54min), Drenado (1:00min), Enjuague (2:54min), Drenado
(1:00min), Exprimido (5:00min). Toma un total de 18:54 min.
Programa número 4
Ejecuta los siguientes procesos Enjuague (2:54min), Drenado (1:00min),
Enjuague (2:54min), Drenado (1:00min), Exprimido (5:00min). Toma un total
de 12:48 min.
INSTRUCCIONES DE LAVADO
1. Agregar la ropa que se va a lavar.
2. Cierre la puerta de la lavadora.
Asegurarse que la puerta de la lavadora se encuentra cerrada, caso
contrario el proceso de lavado no podrá ser iniciado.
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3. Seleccione uno de los 4 programas de acuerdo a su criterio de suciedad
de la ropa.
4. Agregue detergente.
5. Cuando la lavadora haya terminado parpadeara por 10 segundos la luz
indicadora amarilla.
En caso de que se haya confundido de programa
1. Presione el pulsador de paro de emergencia.
2. Espere que el motor se haya detenido completamente.
3. Vuelva a presionar el pulsador del programa que se desea ejecutar.
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