Modernización y Automatización de una Planta Textil en Hilandería by Mesias Nobario Moreno

MODERNIZACIÓN DE UNA EMPRESA TEXTIL DE HILANDERÍA, DENTRO DE UN ENTORNO DE SUPERVISIÓN Y ADQUISICIÓN DE DATOS

INDUSTRIA TEXTIL FILASUR

SUPERVISIÓN Y ADQUISICIÓN DE DATOS

AUTOMATIZACIÓN EN MÁQUINAS TEXTILES

PROCESOS DE HILATURA Algod贸n

APERTURA Y LIMPIEZA

CARDADO

PEINADO

ESTIRADO

RETORCEDORA

MECHERA CONTINUA

Cono de hilo

HILANDERÍA SISTEMA CARDADA

APERTURA Y LIMPIEZA

CARDA

MECHERA

CONTINUA

MANUAR I

MANUAR II

BOBINADORA

TINTORERIA

Ne <36

*Convencional *Sistema peinada

*Moderno

HILANDERÍA SISTEMA PEINADA APERTURA Y LIMPIEZA

PEINADORA

CARDA

MANUAR II

MANUAR I

MECHERA

REUNIDORA DE CINTAS

CONTINUA

BOBINADORA

Ne >36 TINTORERIA *Convencional *Sistema cardada

*Moderno

DEPARTAMENTO DE CONTROL DE CALIDAD

DEPARTAMENTO DE MANTENIMIENTO GENERAL

CRITERIOS PARA MODERNIZAR

DEFECTOS DE CALIDAD

DIAGRAMA PARA LA SECCIÓN DE HILATURA ¿PORQUE – PORQUE?

Diagrama del por qué ocurren defectos de calidad de los productos de hilandería.

¿COMO - COMO?

Diagrama del cómo se resolverán los defectos de calidad en los productos de hilandería

DIAGRAMA DE ISHIKAWA PARA LA SECCIÓN DE HILATURA

1 Planteamiento Situación actual  Máquinas son de los años 90 y ya no se fabrican.  No hay soporte en repuestos en general. Planteamiento  Mandar a fabricar elementos de transmisión mecánica y órganos de trabajo Ventajas  Se mantiene las mismas operaciones del proceso.  la empresa no deberá capacitar a los operarios de producción, ni a los técnicos del mantenimiento general. Desventajas  Se mantienen los problemas por fallas mecánicas por el uso de la maquinaria.  Se elimina la posibilidad de incluir esta máquina en el proceso de modernización global de la planta al seguir operando con equipos obsoletos.  Los técnicos de mantenimiento general deberán poseer bastante experiencia en la reparación de estos equipos (cambio de repuestos)  El tiempo empleado en el mantenimiento regular de estas máquinas sigue siendo el mismo.

Planteamiento 2 Planteamiento  Renovar la maquinaria, con máquinas de segunda mano repotenciada de los años 2005. Ventajas  Mejoran la calidad del producto producido y mayor control en la operatividad de las máquinas de hilandería.  Existe soporte de repuestos en el parque de maquinarias de hilandería.  El tiempo empleado en el mantenimiento regular de estas máquinas se reduce.  Menor costo económico que máquinas de fabricación recientes nuevas. Desventajas  Disminuyen pero no eliminan los futuros problemas por fallas mecánicas normales por el uso de la maquinaria repotenciada.  Los técnicos de mantenimiento general deberán capacitarse y poseer bastante experiencia en la reparación de estas nuevas máquinas, que vienen con otras tecnologías (cambio de repuestos).  Deberá disminuirse la velocidad de producción de las máquinas, operaran en un 60 % de su valor normal, por ser máquinas repotenciadas, para así mantener la calidad del producto de salida.

Planteamiento

Planteamiento 3

Renovar la maquinaria actual, con maquinaria de última generación controlados por PLC, variadores de frecuencia, control SCADA y un sistema de comunicación vía Ethernet o PROFIBUS.

Ventajas  Se mejora ostensiblemente la producción, el control y la adquisición y registro de datos del proceso de hilatura.  Supera y asegura la calidad del producto de salida y se evita producir producto fallado (mermas).  Se elimina el mantenimiento que realizaban a los antiguos y complejos mecanismos.  Al usar tecnología de punta, se mantiene abierta la posibilidad de incluir esta máquina en cualquier proyecto de modernización de la planta de hilatura.  Permite la posibilidad que los datos adquiridos puedan ser observados en tiempo real por cualquier funcionario de la empresa, utilizando la red interna de computadoras de la empresa o través del internet en cualquier parte del mundo. Desventajas  Se deberá invertir en máquinas nuevas y tecnología.  La utilización de tecnología moderna requiere que los operarios de máquina, técnicos de mantenimiento general, técnicos de hilandería, y laboratoristas sean capacitados adecuadamente. Una vez planteado las soluciones la empresa decidió optar por el tercer planteamiento

DEFINICIONES Y CONCEPTOS BÁSICOS EN LA HILANDERÍA

Número de fibras en la sección del hilo, Nf

Nf 

15000 NeHILO x MicFIBRA

Recta del mínimo número de fibras

Parámetros estadísticos en hilatura n

Ne 

 Nei i 1

 Ne 

 ( Nei  Ne) i 1

CV% 

 x100 Ne

CONTROL ON LINE

CV Limite

CV Limite 

100 Nf

CV Real

Índex de Regularidad I

I

CV Re al CV Limite

Regularimetro USTER

Estiraje Mecánico Em Es la relación de velocidad del cilindro de salida y el cilindro de entrada .

Estirajes Parciales E 23 

V2 V ; E12  1 V3 V2

Pr opiedad E13  E12 E 23

Estiraje Total E13 

V1 V3

Estiraje calculado Ec

Sistema directo

Ec 

Den E xD Den S

Ec 

Dtex E xD Dtex S

Ec 

Tex E xD Tex S

Sistema Indirecto

Ne S Ec  xD NeE

NmS Ec  xD NmE

Condición de regulación del estiro

Estiraje Calculado  Estiraje Mecánico EC  E M

Ec 

Ktex E xD Ktex S

Torsión Mecánica Es la relación de RPM del órgano torcedor (aleta, cursor, rotor) y la velocidad del cilindro de salida en m/min o en pulgadas.

Tv / m 

RPM torcedor Vs m / min

RPM torcedor Tv /"  Vs " / min

Tv / m  Tv /"39.37

Torsión calculada Valor teórico que se aplica a la torsión mecánica, y se expresa también en Tv/m o Tv/”:

T / m  m N m

T /"  e N e

m : cons tan te de torsión metrica e : cons tan te de torsión inglesa

Condición de regulación de la torsión Torsión Calculada  Torsión Mecánica

T / m CALCULADA  T / m METRICA T /"CALCULADA  T /"METRICA

Torsiómetro

Tv / m  Tv /"39.37

DEFINICIONES Y CONCEPTOS BÁSICOS EN LA AUTOMATIZACIÓN SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO Control de lazo abierto

SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO Control de lazo cerrado

Drives para Motores

VARIADOR DE FRECUENCIA “INVERTER”

Variador PowerFlex® 753

Controladores lógicos programables “PLC”

Cableado Lógico

PLC Allen-Bradley ML 1500

Cableado fisico

Controladores lógicos programables “PLC”

Aplicaci贸n del PLC

HMI Interfaz Hombre-Mรกquina

SCADA (Adquisición, supervisión y control de datos) Se utiliza para la integración de procesos lejanos geográficamente distribuidos. PARTES  Múltiples Unidades de Terminal Remota RTU o Estaciones Externas  Estación Maestra y Computador con HMI.  Infraestructura de Comunicación.

SCD Sistema de Control Distribuido se utiliza normalmente en รกreas confinadas dentro de la planta, redes de alta velocidad .

El OPC

    

(OLE FOR PROCESS CONTROL)

Estándar de comunicación en el campo del control y supervisión de procesos industriales. Basado en una tecnología Microsoft. Ofrece un interface común para comunicación. Permite que componentes software individuales interaccionen y compartan datos. La comunicación OPC se realiza a través de una arquitectura Cliente-servidor. La Fundación OPC está formada por: Siemens, Fisher, Intuitive, OPTO 22, Intellution, Rockwell, etc.

Redes Industriales

Red Industrial Ethernet

 Es una red estándar basada en la norma IEEE802.3  Diseñada para la industria: equipos robustos e instalaciones inmunes al ruido.  Trabajan a nivel de célula, pero con una enorme potencialidad para entrar al nivel de los buses de campo utilizando protocolos normalizados como ISO y TCP/IP.

CARACTERÍSTICAS DE LA RED ETHERNET

RED MODBUS

Protocolo de comunicaciones situado en el nivel 2 del Modelo OSI “Nivel de enlace”. Basado en la arquitectura maestro / esclavo o cliente / servidor. Diseñado en 1979 por Modicon para su gama de controladores lógicos programables (PLCs). Es una red pública, fácil implementación y requiere poco desarrollo Maneja bloques de datos sin suponer restricciones.

Red Profibus

 Estándar originado en normas alemanas y europeas DIN 19245 /EN 50170.  Cumple también con el modelo OSI de 7 niveles y las normas ISA/IEC.  Utilizado en aplicaciones de alta velocidad de transmisión de datos entre controladores de I/O y complejas comunicaciones entre PLC.  Tal es así que para diferentes tipos de comunicación presenta distinto tipos de soluciones, los cuales satisface con tres implementaciones separadas y compatibles entre ellas FMS, DP, PA.

Red Profibus DP Está diseñado para la comunicación con sensores y actuadores, donde importa la velocidad sobre la cantidad de datos (tiempo del ciclo del bus < 10 ms) Red Profibus PA Diseñado para la automatización de procesos, utilizando la norma IEC 1158.2 para el nivel físico el mismo bus suministra energía a los dispositivos de campo. Utiliza el mismo protocolo de transmisión que el DP, ambos pueden ser integrados en la red con el uso de un segmento acoplador. Red Profibus FMS. Es la más completa y está diseñada para proveer facilidades de comunicación entre varios controladores programables como PLCs y PCs (Red de celdas) y acceder también a dispositivos de campo (Tiempo de ciclo del bus < 100 ms). Características de la red profibus

Red AS-i

 Está especialmente diseñado para el nivel más bajo para de procesos de automatización en las instalaciones de industriales.  Su principal ventaja es que reduce el mazo de cables en un solo cable, condición suficiente para ser utilizado en cualquier diseño de red industrial.

Repetidor(HUB)

Interconexión de redes

El objetivo del repetidor es la regeneración de las señales eléctricas y garantizar las conexiones entre los elementos de una red. Operan en el nivel 1 físico del modelo OSI

Además puede aprovechar para convertir la norma física (RS-232, RS-422, RS-485, etc.) o bien el sistema de cableado (coaxial, para trenzado UTP o FTP, FO, etc.)

Puente o Bridge  Es un dispositivo que posee alguna inteligencia, y realiza una serie de operaciones básicas en la red.  Los Bridge actúan a nivel físico y de enlace de datos del modelo OSI en Capa 2.  Son capaces de almacenar y reenviar las tramas recibidas en función del contenido de las mismas.  Su principal aplicación es de unir dos redes del mismo tipo.

Encaminador o Router  Son dispositivos software o hardware que se pueden configurar para encaminar o convertir paquetes entre sus distintos puertos utilizando la dirección lógica correspondiente.  Operan en el nivel 3 de OSI.  Lo que hace es unir dos redes de diferente configuración o estructura pero que trabajen en el mismo protocolo.

Gateway (Puerta de enlace) Un gateway (puerta de enlace) es un dispositivo que permite interconectar redes con protocolos y arquitecturas diferentes a todos los niveles de comunicaci贸n. Su prop贸sito es traducir la informaci贸n del protocolo utilizado en una red al protocolo usado en la red de destino. Son router que tienen programas adicionales

Normas fĂsicas

MÁQUINAS DE APERTURA Y LIMPIEZA

Proceso Hilatura

MÁQUINAS DE APERTURA Y LIMPIEZA

BATĂ N Vista seccional

AUTOREGULADOR MECÁNICO DEL BATÁN

AUTOREGULACIÓN MECÁNICA

BATÁN Cinematismo Actual

E

230 47 90 1 Wc 18 15 15 22 x x x x x x x x  0.1785609Wc 65 44 1 1 48 27 65 65 31

Tabla de estiraje

BATÁN Cinematismo Nuevo

900 Rpm

Velocidad Alimentación 1 44   3.14  0.065 90 47  0.002123  N 2

VALIMENTADOR  N 2  VALIMENTADOR

Velocidad Salida 15 15 22    3.14  0.230 65 65 31  0.0272944  N1

VARROLLADOR  N1  VARROLLADOR

Estiraje Mecánico Em 

VARROLLADOR VALIMENTADOR

Em 

0.027294 N1 N  12.856 1 0.002123N 2 N2

RED ETHERNET PARA EL NUEVO BATÁN

ETHERNET

CARDA DE CHAPONES “Card”

Proceso Hilatura

CARDA Vista seccional

CARDA Cinematismo Actual TABLA DE VELOCIDAD DE SALIDA

CARDA Cinematismo Nuevo Velocidad del Cil desenrroll ador 30 1 21    3.14  0.160 30 80 59 Vd  0.0022352  N 3 Vd  N 3 

RPM del Gran Tambor 25  0.25N1 100  0.25N1

N GT  N1  N GT

Velocidad de Salida m / min 125 37 20    300 63 29 38 30   3.14  0.055  19 30 Vs  0.05829  N 2 Vs  N 2 

Estiraje Total Vs Vd 0.05829 N 2 E 0.0022352 N 3 E

E  26.078

N2 N3

Red Ethernet – Profibus para la Carda C70DM Rieter

PROFIBUS

ESTIRADORA MANUAR “Draw Frame”

Proceso Hilatura

Manuar Vista seccional

Manuar Cinematismo Actual Estiraje Manuar Em 

Vs e K  x Va a C

a s

75 20 28 PK2 80 28      33 20 23 PPS2 20 35 PK2 Em  8.85 PPS2 Em 

Manuar Cinematismo Nuevo Si Nsol  0  Vs s K  x a s Va a C 75 20 28 PK 2 1 47 28 Em        33 20 23 PPS2 0.586 20 35 PK 2 Em  8.876 PPS2 Em 

Vs s K  x a s al Estirador autorregulador Va a C 75 20 28 PK 2 1 47 28 Eaut        33 20 23 PPS 2 (0.413 N 2  0.586) 20 35 Nmc PK 2 1 Eaut  5.2  PPS 2 (0.413 N 2  0.586) Nmc E

Manuar Curva de autoregulaci贸n

Red Ethernet para la Estiradora RSB 45DM

REUNIDORA DE CINTA “Unilap”

PEINADORA (“Comber”)

Proceso Hilatura

MECHERA(Pabilera) (“Roving Frame”)

Proceso Hilatura

Mechera o Pabilera Vista seccional

Mechera (Pabilera) Cinematismo Actual

Tabla de estiraje total Estiraje Total E total 

Vd1 Vd 2

E total 

d1 Conductores x d 3 Conducidos d 3 d1

E total 

27 50 B B    1.25 27 C 40 C

Torsión v / m Tv/m 

RPM aleta V1

Tv/m

1 Conductores x   0.027 Conducidos d1aleta

Tv m  Tv/m 

Tabla de Torsión v/m.

1 157 27 40 48     3.14  27  0.001 70 D 40 24 1428.5671 D

Tabla del paso de espiras

Paso de Espiras P  3.14   CT 

Vcarro Vd1

Simplificando P

CT K x ZC x TC x CE C

P

54 157 238 42 13 10 F 35 x15x10.2 x x x x x x x  0 .2 F 27 70 146 44 58 100 46 90

d1CARRO

Mechera (Pabilera) Cinematismo Nuevo

2 K EPre-Estiraje  23  3 C 3 2 33 54 PS 1    0.04  PS 1 32 33 42 E23  0.04  PS 1 E23 

E13 

1

 Estiraje 3 C

31

32 Ks 84    32 Ts 20 Ks E23  4.2  Ts E13 

Velocidad de salida 30  3.14  0.032 70 Vs  0.043  N 2 Vs  N 2 

RPM de aleta 230 84 22 32 Naleta  N1     230 73 22 30 Naleta  1.2274  N1

Torsión v/m Tv / m 

Naleta 1.2274 N1  Vs 0.043 N 2

Tv / m  28.544

N1 N2

Velocidad de Carro porta bobina 1 20   28  9.42 90 40 Vcarro  1.465  N 4 mm / min Vcarro  N 4 

Velocidad de Plegado

Sí  carrete vació  60 mm  0.06m Vplegado  N 3 

230   32  15  88 22 32  1         3.14  0.06 58   16  31  74 22 30

Vplegado  0.03  N 3 m / min

N3 / c  3.426 rpm

 N 4  0.912 rpm

Red Ethernet â&#x20AC;&#x201C; Profibus de Mechera (Pabilera) F15DM de Rieter

PROFIBUS

CONTINÚA DE ANILLOS (“Ring Frame”)

Proceso Hilatura

Continua de anillos

Vista seccional

Cinematismo Actual

Cinematismo Actual Tabla de Estiraje Estiraje E 13 

1 K  3 C

31

27 48 112 C PST 121   x x x 27 32 43 D 30 42 C  0.04886 xPST D

E 13  E 23

Torsión

Torsión V / m Tv / m 

1 K  cil1  huso  x1 C

1 42 A PT 87 60 203   x x x x 3.14x 0.027 40 B 40 42 27 24 A Tv / m  12 xPT B Tv / m 

Tabla de Torsión

Cinematismo Nuevo Velocidad entrada 1 20   3.14  0.025 25 100 Va  0.000628  N 3 Va  N 3 

Velocidad salida 1  3.14  0.025 10 Vs  0.00785  N 2 Vs  N 2 

Estiraje Em 

Vs Va

Em  12.5

N2 N3

RPM huso (cursor)

210 230  240 25 Nhuso  8.05  N1 Nhuso  N1 

Torsión Tv / m 

Nhuso Vs

Tv / m  1025.477

N1 N2

Red Ethernet para la Continua de Anillos G32DM de Rieter

OPEN END

Continua

BOBINADORA

RETORCEDORA

Monitoreo Actual (convencional)

Monitoreo Nuevo (Moderno)

EVALUACIÓN TECNOLÓGICA Costo de máquinas y equipos

Pago de la Inversión Se hizo el préstamo a una entidad bancaria de $ 5’050,000.00, lo cual será pagado en 36 meses con un interés rebatible del 2.5%. Las cuotas mensuales serán de $ 214,348.46

Costo de mano de obra

Relación Pagos e Ingreso bruto

LOGICA CABLEADA

PLC

FUNCIONES MATEMATICAS

PROGRAMACIÓN DEL PLC

PLC

VARIADOR DE FRECUENCIA

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