Trabajo de grado · 2014
Instrumentación y automatización de una máquina extrusora horizontal de tornillo sencillo para polietileno de baja densidad de la Universidad Pontificia Bolivariana
El laboratorio de Diseño de Maquinas II (dos) de la Universidad Pontificia Bolivariana seccional Bucaramanga, requiere de la implementación de nuevas tecnologías para mejorar la formación académica de los estudiantes. Para lo cual, se optó por el desarrollo de la Instrumentación y automatización de una máquina extrusora horizontal de tornillo sencillo para polietileno de baja densidad, existente en el laboratorio, mediante el uso de sensores de presión, sensores de temperatura y variador de velocidad, tomando estas señales por medio de un PLC para obtener valores de las variables en tiempo real; igualmente implementando un control PID al control de temperatura para mejorar la respuesta en exactitud y tiempo. Todos los valores serán tomados a través de una pantalla táctil.
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Contenido
- INTRODUCCIONp. 15
- 1. OBJETIVOSp. 16
- 1.1 OBJETIVO GENERALp. 16
- 1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOSp. 16
- 2. ALCANCEp. 17
- 3. JUSTIFICACIONp. 18
- 4. MARCO TEORICOp. 19
- 4.1 EXTRUSORAPARA POLIETILENOp. 19
- 4.1.1 TOLVA DE ALIMENTACIÓNp. 19
- 4.1.2 MOTOR ELÉCTRICOp. 20
- 4.1.3 TORNILLO EXTRUSIÓNp. 21
- 4.1.4 CAMISA O BARRIL DE EXTRUSIÓNp. 22
- 4.1.5 SISTEMA DE CALENTAMIENTO (RESISTENCIAS)p. 22
- 4.1.6 BOQUILLA O DADOp. 22
- 4.2 SENSORp. 23
- 4.2.1 SENSOR DE PRESIÓNp. 23
- 4.2.2 SENSOR DE TEMPERATURAp. 24
- 4.3 TRANSMISOR DE TEMPERATURAp. 25
- 4.4 RELÉ DE ESTADO SOLIDO (SSR)p. 26
- 4.5 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE (PLC)p. 27
- 4.5.1 CLASIFICACIÓNp. 28
- 4.6 LENGUAJE DE PROGRAMACIÓNp. 28
- 4.9 PANTALLA TACTILp. 31
- 5. METODOLOGÍAp. 33
- 6. DESARROLLO DE LA METODOLOGÍAp. 34
- 6.1 DEFINICIÓN DE PARAMETROS PARA LA INSTRUMENTACIÓNp. 34
- 6.2 DISEÑO DE PLANO P&IDp. 36
- 6.3 INSTALACION Y CABLEADO DE LA INSTRUMENTACIONp. 37
- 6.3.1 INSTALACION DE LAS RTD’sp. 38
- 6.3.2 INSTALACION DE LOS SENSORES DE PRESIONp. 38
- 6.3.3 CABLEADO SISTEMA ELÉCTRICO DE PROTECCIONp. 40
- 6.3.4 INSTALACIÓN DEL SISTEMA DE SEÑALESp. 42
- 6.3.6 INSTALACIÓN Y AJUSTE DEL VARIADOR DE VELOCIDADp. 48
- 6.4 PROGRAMACIÓNp. 33
- 6.5 INTERFAZ EN SIMATIC WinCC FLEXIBLEp. 60
- 6.6 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTOp. 33
- 7. MANUAL DE OPERACIÓNp. 72
- 8. RECOMENDACIONESp. 78
- 9. CONCLUSIONESp. 80
- BIBLIOGRAFÍAp. 82
- ANEXO Ap. 85
- ANEXO Bp. 87
- ANEXO Cp. 89
- ANEXO Dp. 94
- ANEXO Ep. 96
- ANEXO Fp. 99
- ANEXO Gp. 101
- Figura 2. Tolva de alimentaciónp. 20
- Figura 3. Motor trifásicop. 21
- Figura 4. Tornillo extrusorp. 21
- Figura 5. Barril de extrusiónp. 22
- Figura 6. Boquilla de extrusiónp. 23
- Figura 7. Sensor de Presiónp. 24
- Figura 8. Sensor de temperatura RTDp. 25
- Figura 9. Transmisor de temperatura SITRANS TH 100p. 25
- Figura 10. Relé de estado sólidop. 26
- Figura 11. PLC S7 200 CPU 224XPp. 27
- Figura 12. Modulo de entradas análogas EM 235p. 30
- Figura 13. Variador de velocidad Micromaster 440.8p. 31
- Figura 14. Simatic Touch Panel – SIEMENSp. 32
- Figura 15. Sensor de temperatura RTD (PT100)p. 35
- Figura 16. Sensor de presión MSP 300p. 35
- Figura 17. Variador de velocidad MicroMaster 440p. 35
- Figura 18. Máquina extrusora con sensores de presión y RTDp. 37
- Figura 19. Ubicación RTD’s – Camisa 1 y 2p. 38
- Figura 20. Ubicación e instalación de sensores de presiónp. 39
- Figura 21. Interruptor termomagnético totalizadorp. 40
- Figura 22. Interruptor termomagnético monopolarp. 41
- Figura 23. Bornera portafusibles y conjunto de bornes de 3 fasesp. 41
- Figura 24. Interruptores termomagnético monopolar y bipolarp. 42
- Figura 25. Fuente de alimentación Traco Power TCL 120-124 24VDCp. 42
- Figura 26. Sistema de acondicionamiento Relés de estado solidop. 43
- Figura 27. SIMATIC S7-200 CPU 224XPp. 44
- Figura 28. Diagrama de conexión CPU 224XPp. 45
- Figura 29. Modulo entradas análogas EM 235 instalado y cableado.8p. 45
- Figura 30. Conexión RTD y Convertidor. 8p. 46
- Figura 31. Cableado SINTRANS TH100. 8p. 46
- Figura 32. Diagrama de cableado de los sensores y el modulo EM235. 8p. 47
- Figura 33. Cableado motor-variador de frecuencia. 8p. 48
- Figura 34. Panel BOP (Basic Operator Panel). 8p. 49
- Figura 35. Parámetros para puesta en servicio del variador de velocidad.14p. 51
- Figura 36. Conexión Variador-Relé. 8p. 53
- Figura 37. Conjunto de borneras de polarización. 8p. 54
- Figura 38. Gabinete principal de control. 8p. 54
- Figura 39. Componente de escalamiento en la ventana del STEP 7. 8p. 56
- Figura 40. Escalamiento señal de la variable de temperatura. 8p. 56
- Figura 41. Escalamiento señal de los sensores de presión. 8p. 57
- Figura 42. Escalado señal de los sensores en lenguaje AWL. 8p. 57
- Figura 43. Escalado señal de los sensores en lenguaje FUP. 8p. 58
- Figura 44. Diagrama para PID de las variables de temperatura. 8p. 58
- Figura 45. Cable multimaestro USB/PPI. 8p. 59
- Figura 46. Comunicación PC – PLC. 8p. 59
- Figura 47. Ventana de inicio.8p. 60
- Figura 48. Esquema Máquina extrusora.8p. 61
- Figura 49. Diagrama temperatura camisa 1. 8p. 62
- Figura 50. Diagrama temperatura camisa 2. 8p. 62
- Figura 51. Datos de las variables.8p. 63
- Figura 52. Valores presión 1 y 2.8p. 64
- Figura 53. Diagrama resta de presión.8p. 65
- Figura 54. Datos temperatura 1 y 2.8p. 66
- Figura 55. Sintonía control PID TT1p. 67
- Figura 56. Sintonía control PID TT2p. 67
- Figura 57. Comportamiento Transitorio TT 1.8p. 68
- Figura 58. Comportamiento Transitorio TT 2.8p. 69
- Figura 59. Salida del polímero después de su proceso de extrusión.8p. 70
- Figura 60. Proceso de extrusión de polietileno de baja densidad. 8p. 70
- Figura 61. Comportamiento de cada una de las variables. 8p. 71
- Figura 62. Breaker tripolar alimentación trifásica. 8p. 72
- Figura 63. Accionamiento Totalizador. 8p. 73
- Figura 64. Breaker de protección PLC. 8p. 74
- Figura 65. Inicio Asistente STEP 7. 8p. 74
- Figura 66. Menú abrir programación. 8p. 75
- Figura 67. Cable multimaestro PPIp. 75
- Figura 68. Accionamiento breaker resistencias de calentamiento. 8p. 76
- Tabla 1. Tipos de PLC's y sus característicasp. 28
- Tabla 2. Lenguajes de programación más comunesp. 29
- Tabla 3. Descripción de los instrumentos seleccionadosp. 34
- Tabla 4. Botones del panel BOP.14p. 50
- Tabla 5. Ajuste de los parámetros del variador. 8p. 52